Python 特技 —— TCP 处事器与客户端

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本文先先容因特网的焦点协议 TCP ，再以 Python 的 socket 模块为例先容收集套接字，最后给出 TCP 处事器与客户端的 Python 剧本，并演示两者之间的通讯进程。

0x01 TCP 协议

TCP(Transmission Control Protocol，传输节制协议)是一种面向毗连、靠得住的、基于字节约的传输层通讯协议。

TCP 协议的执行进程分为毗连建设(Connection Establishment)、数据传送(Data Transfer)和毗连终止(Connection Termination)三个阶段，个中「毗连建设」与「毗连终止」别离是耳熟能详的 TCP 协议三次握手(TCP Three-way Handshake)与四次挥手(TCP Four-way Handshake)，也是领略本文 TCP 处事器与客户端通讯进程的两个焦点阶段。

为了能更好地领略下述进程，对 TCP 协议头的要害区段做以下几点声名：

• 报文的成果在 TCP 协议头的标志符(Flags)区段中界说，该区段位于第 104~111 比特位，共占 8 比特，每个比特位对应一种成果，置 1 代表开启，置 0 代表封锁。譬喻，SYN 报文的标志符为 00000010，ACK 报文的标志符为 00010000，ACK + SYN 报文的标志符为 00010010。
• 报文的序列号在 TCP 协议头的序列号(Sequence Number)区段中界说，该区段位于第 32~63 比特位，共占 32 比特。譬喻，在「三次握手」进程中，初始序列号 seq 由数据发送方随机天生。
• 报文简直认号在 TCP 协议头简直认号(Acknowledgement Number)区段中界说，该区段位于第 64~95 比特位，共占 32 比特。譬喻，在「三次握手」进程中，确认号ack 为前序吸取报文的序列号加 1，代表下一次祈望吸取到的报文序列号。

毗连建设

所谓的「三次握手」，即 TCP 处事器与客户端乐成成立通讯毗连必经的三个步调，共需通过三个报文完成。

一样平常而言，起首发送 SYN 报文的一方是客户端，处事器则是监听来自客户端的成立毗连哀求。

Handshake Step 1

客户端向处事器发送 SYN 报文(SYN=1)哀求成立毗连。

此时报文的初始序列号为 seq = x ,确认号为ack = 0，发送完毕后，客户端进入 SYN_SENT 状态。

Handshake Step 2

处事器吸取到客户端的 SYN 报文后，发送 ACK + SYN 报文(ACK=1,SYN=1)确认客户端的成立毗连哀求，并也向其提倡成立毗连哀求。

此时报文的序列号为 seq = y,确认号为 ack = x+1,发送完毕后，处事器进入 SYN_RCVD状态。

Handshake Step 3

客户端吸取随处事器的 SYN 报文后，发送 ACK 报文(ACK=1)确认处事器的成立毗连哀求。

此时报文的序列号为 seq=x+1，确认号为 ack=y+1。发送完毕后，客户端进入 ESTABLISHED 状态;当处事器吸取该报文后，也进入了 ESTABLISHED 状态。

至此，「三次握手」进程所有竣事，TCP 通讯毗连乐成成立。

读者可参照以下「三次握手」的表示图举办领略：

毗连终止(Connection Termination)

所谓的「四次挥手」，即 TCP 处事器与客户端完全终止通讯毗连必经的四个步调，共需通过四个报文完成。

因为 TCP 通讯毗连是全双工的，因此每个偏向的毗连可以单独封锁，即可视为一对「二次挥手」，或一对单工毗连。主动先发送 FIN 报文的一方，意味着想要封锁到另一方的通讯毗连，即在此偏向上不再传输数据，但仍可以吸取来自另一方传输过来的数据，直到另一方也发送 FIN 报文，两边的通讯毗连才完全终止。

留意，起首发送 FIN 报文的一方，既可所以客户端，也可所以处事器。下面以客户端先提倡封锁哀求为例，对「四次挥手」的进程举办讲授。

Handshake Step 1

当客户端不再向处事器传输数据时，则向其发送 FIN 报文(FIN=1)哀求封锁毗连。

此时报文的初始序列号为 seq = u ,确认号为ack = 0,(若此报文中 ACK=1，则 ACK 的值与客户端的前序吸取报文有关)。发送完毕后，客户端进入 FIN_WAIT_1 状态。

Handshake Step 2

处事器吸取到客户端的 FIN 报文后，发送 ACK 报文(ACK = 1)确认客户端的封锁毗连哀求。

此时报文的序列号为 seq = v, 确认号为ack = u + 1,发送完毕后，处事器进入 CLOSE_WAIT 状态;当客户端吸取该报文后，进入 FIN_WAIT_2 状态。

留意，此时 TCP 通讯毗连处于半封锁状态，即客户端不再向处事器传输数据，但仍可以吸取处事器传输过来的数据。

Handshake Step 3

当处事器不再向客户端传输数据时，则向其发送 FIN + ACK 报文(FIN=1，ACK=1)哀求封锁毗连。

此时报文的序列号为 seq = w(若在半封锁状态，处事器没有向客户端传输过数据，则 seq = v+1 ),确认号为 ack = u+1。发送完毕后，处事器进入 LAST_ACK 状态。

Handshake Step 4

客户端吸取随处事器的 FIN + ACK 报文后，发送 ACK 报文(ACK = 1)确认处事器的封锁毗连哀求。

此时报文的序列号为 seq=u+1，确认号为 ack=w+1。发送完毕后，客户端进入 TIME_WAIT 状态;当处事器吸取该报文后，进入 CLOSED 状态;当客户端守候了 2MSL 后，仍没接随处事器的相应，则以为处事器已正常封锁，本身也进入 CLOSED 状态。

至此，「四次挥手」进程所有竣事，TCP 通讯毗连乐成封锁。

读者可参照以下「四次挥手」的表示图举办领略：

0x02 Network Socket

Network Socket(收集套接字)是计较机收集中历程间通讯的数据流端点，广义上也代表操纵体系提供的一种历程间通讯机制。

历程间通讯(Inter-Process Communication，IPC)的基础条件是可以或许独一标示每个历程。在当田主机的历程间通讯中，可以用 PID(历程 ID)独一标示每个历程，但 PID 只在当地独一，在收集中差异主机的 PID 则也许产生斗嘴，因此回收「IP 地点 + 传输层协议 + 端标语」的方法独一标示收集中的一个历程。

（编辑：湖南网）

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