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TCP IP通讯三次握手四次挥手

程序员文章站 2022-07-01 14:58:26
...

tcp-ip简介

作为新时代标杆的我们,已经离不开手机、离不开网络,对于互联网大家可能耳熟能详,但是计算机网络的出现比互联网要早很多

1. 什么是协议

 

有的说英语,有的说中文,有的说德语,说同一种语言的人可以交流,不同的语言之间就不行了

为了解决不同种族人之间的语言沟通障碍,现规定国际通用语言是英语,这就是一个规定,这就是协议

2. 计算机网络沟通用什么

现在的生活中,不同的计算机只需要能够联网(有线无线都可以)那么就可以相互进行传递数据

 

那么不同种类之间的计算机到底是怎么进行数据传递的呢?

就像说不同语言的人沟通一样,只要有一种大家都认可都遵守的协议即可,那么这个计算机都遵守的网络通信协议叫做TCP/IP协议

3. TCP/IP协议(族)

早期的计算机网络,都是由各厂商自己规定一套协议,IBM、Apple和Microsoft都有各自的网络协议,互不兼容

为了把全世界的所有不同类型的计算机都连接起来,就必须规定一套全球通用的协议,为了实现互联网这个目标,互联网协议族(Internet Protocol Suite)就是通用协议标准。

因为互联网协议包含了上百种协议标准,但是最重要的两个协议是TCP和IP协议,所以,大家把互联网的协议简称TCP/IP协议(族)

常用的网络协议如下图所示:

 

 

说明:

网际层也称为:网络层
网络接口层也称为:链路层

另外一套标准

 

TCP IP通讯三次握手四次挥手

双放准备资源

 

全双工,发关,收关,来回就四次

TCP IP通讯三次握手四次挥手

谁先关close,则要占用资源一段时间要等回复,不然过一段时间就重发

一般情况下,服务器不先关闭,因为谁先调用socket close则它将持续占用资源一段时间,

这个端口不能重复使用,

TCP IP通讯三次握手四次挥手

所以一般客户端先关,因为服务器要绑定端口,但客户端没有绑定端口,如果占用下次就会使用另一个端口。

为了避免因服务器先关,导致的这个问题,可以加下面的一句话

tcp_server_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
import socket


def service_client(new_socket):
    """为这个客户端返回数据"""

    # 1. 接收浏览器发送过来的请求 ,即http请求  
    # GET / HTTP/1.1
    # .....
    request = new_socket.recv(1024)
    print(request)

    # 2. 返回http格式的数据,给浏览器
    # 2.1 准备发送给浏览器的数据---header
    response = "HTTP/1.1 200 OK\r\n"
    response += "\r\n"
    # 2.2 准备发送给浏览器的数据---boy
    response += "hahahhah"
    new_socket.send(response.encode("utf-8"))

    # 关闭套接字
    new_socket.close()
    

def main():
    """用来完成整体的控制"""
    # 1. 创建套接字
    tcp_server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    tcp_server_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)

    # 2. 绑定
    tcp_server_socket.bind(("", 7890))

    # 3. 变为监听套接字
    tcp_server_socket.listen(128)

    while True:
        # 4. 等待新客户端的链接
        new_socket, client_addr = tcp_server_socket.accept()

        # 5. 为这个客户端服务
        service_client(new_socket)

    # 关闭监听套接字
    tcp_server_socket.close()


if __name__ == "__main__":
    main()

 

tcp长连接和短连接

TCP在真正的读写操作之前,server与client之间必须建立一个连接,

当读写操作完成后,双方不再需要这个连接时它们可以释放这个连接,

连接的建立通过三次握手,释放则需要四次握手,

所以说每个连接的建立都是需要资源消耗和时间消耗的。

TCP通信的整个过程,如下图:

TCP IP通讯三次握手四次挥手

确认和请求分开,如果没有调用socket close则不发请求,但系统要回客户端的请求的确认,如果把请求和确认合并就很有可能导致确认迟迟不能发。什么时候调用 close才发,所以四次,不像连接时这儿两个可以一起处理。

TCP IP通讯三次握手四次挥手

 

 

 

1. TCP短连接

模拟一种TCP短连接的情况:

  1. client 向 server 发起连接请求
  2. server 接到请求,双方建立连接
  3. client 向 server 发送消息
  4. server 回应 client
  5. 一次读写完成,此时双方任何一个都可以发起 close 操作

在步骤5中,一般都是 client 先发起 close 操作。当然也不排除有特殊的情况。

从上面的描述看,短连接一般只会在 client/server 间传递一次读写操作!

2. TCP长连接

再模拟一种长连接的情况:

  1. client 向 server 发起连接
  2. server 接到请求,双方建立连接
  3. client 向 server 发送消息
  4. server 回应 client
  5. 一次读写完成,连接不关闭
  6. 后续读写操作...
  7. 长时间操作之后client发起关闭请求

3. TCP长/短连接操作过程

3.1 短连接的操作步骤是:

建立连接——数据传输——关闭连接...建立连接——数据传输——关闭连接

 

3.2 长连接的操作步骤是:

建立连接——数据传输...(保持连接)...数据传输——关闭连接

 

4. TCP长/短连接的优点和缺点

  • 长连接可以省去较多的TCP建立和关闭的操作,减少浪费,节约时间。

    对于频繁请求资源的客户来说,较适用长连接。

  • client与server之间的连接如果一直不关闭的话,会存在一个问题,

    随着客户端连接越来越多,server早晚有扛不住的时候,这时候server端需要采取一些策略,

    如关闭一些长时间没有读写事件发生的连接,这样可以避免一些恶意连接导致server端服务受损;

    如果条件再允许就可以以客户端机器为颗粒度,限制每个客户端的最大长连接数,

    这样可以完全避免某个蛋疼的客户端连累后端服务。

  • 短连接对于服务器来说管理较为简单,存在的连接都是有用的连接,不需要额外的控制手段。
  • 但如果客户请求频繁,将在TCP的建立和关闭操作上浪费时间和带宽。

5. TCP长/短连接的应用场景

  • 长连接多用于操作频繁,点对点的通讯,而且连接数不能太多情况。

    每个TCP连接都需要三次握手,这需要时间,如果每个操作都是先连接,

    再操作的话那么处理速度会降低很多,所以每个操作完后都不断开,

    再次处理时直接发送数据包就OK了,不用建立TCP连接。

    例如:数据库的连接用长连接,如果用短连接频繁的通信会造成socket错误,

    而且频繁的socket 创建也是对资源的浪费。

  • 而像WEB网站的http服务一般都用短链接,因为长连接对于服务端来说会耗费一定的资源,

    而像WEB网站这么频繁的成千上万甚至上亿客户端的连接用短连接会更省一些资源,

    如果用长连接,而且同时有成千上万的用户,如果每个用户都占用一个连接的话,

    那可想而知吧。所以并发量大,但每个用户无需频繁操作情况下需用短连好。

返回index.html页面

import socket


def service_client(new_socket):
    """为这个客户端返回数据"""

    # 1. 接收浏览器发送过来的请求 ,即http请求  
    # GET / HTTP/1.1
    # .....
    request = new_socket.recv(1024)
    print(">>>"*50)
    print(request)

    # 2. 返回http格式的数据,给浏览器
    # 2.1 准备发送给浏览器的数据---header
    response = "HTTP/1.1 200 OK\r\n"
    response += "\r\n"
    # 2.2 准备发送给浏览器的数据---boy
    # response += "hahahhah"
    
    f = open("./html/index.html", "rb")
    html_content = f.read()
    f.close()

    # 将response header发送给浏览器
    new_socket.send(response.encode("utf-8"))
    # 将response body发送给浏览器
    new_socket.send(html_content)

    # 关闭套接
    new_socket.close()
    

def main():
    """用来完成整体的控制"""
    # 1. 创建套接字
    tcp_server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    tcp_server_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)

    # 2. 绑定
    tcp_server_socket.bind(("", 7890))

    # 3. 变为监听套接字
    tcp_server_socket.listen(128)

    while True:
        # 4. 等待新客户端的链接
        new_socket, client_addr = tcp_server_socket.accept()

        # 5. 为这个客户端服务
        service_client(new_socket)

    # 关闭监听套接字
    tcp_server_socket.close()


if __name__ == "__main__":
    main()

根据用户的需求返回相应的页面

import socket
import re


def service_client(new_socket):
    """为这个客户端返回数据"""

    # 1. 接收浏览器发送过来的请求 ,即http请求  
    # GET / HTTP/1.1
    # .....
    request = new_socket.recv(1024).decode("utf-8")
    # print(">>>"*50)
    # print(request)

    request_lines = request.splitlines()
    print("")
    print(">"*20)
    print(request_lines)

    # GET /index.html HTTP/1.1
    # get post put del
    file_name = ""
    ret = re.match(r"[^/]+(/[^ ]*)", request_lines[0])
    if ret:
        file_name = ret.group(1)
        # print("*"*50, file_name)
        if file_name == "/":
            file_name = "/index.html"




    # 2. 返回http格式的数据,给浏览器
    
    try:
        f = open("./html" + file_name, "rb")
    except:
        response = "HTTP/1.1 404 NOT FOUND\r\n"
        response += "\r\n"
        response += "------file not found-----"
        new_socket.send(response.encode("utf-8"))
    else:
        html_content = f.read()
        f.close()
        # 2.1 准备发送给浏览器的数据---header
        response = "HTTP/1.1 200 OK\r\n"
        response += "\r\n"
        # 2.2 准备发送给浏览器的数据---boy
        # response += "hahahhah"

        # 将response header发送给浏览器
        new_socket.send(response.encode("utf-8"))
        # 将response body发送给浏览器
        new_socket.send(html_content)


    # 关闭套接
    new_socket.close()
    

def main():
    """用来完成整体的控制"""
    # 1. 创建套接字
    tcp_server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    tcp_server_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)

    # 2. 绑定
    tcp_server_socket.bind(("", 7890))

    # 3. 变为监听套接字
    tcp_server_socket.listen(128)

    while True:
        # 4. 等待新客户端的链接
        new_socket, client_addr = tcp_server_socket.accept()

        # 5. 为这个客户端服务
        service_client(new_socket)

    # 关闭监听套接字
    tcp_server_socket.close()


if __name__ == "__main__":
    main()

 

 

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