Python高级网络编程系列之第一篇

　　在上一篇中我们简单的说了一下Python中网络编程的基础知识(相关API就不解释了)，其中还有什么细节的知识点没有进行说明，如什么是TCP/IP协议有几种状态,什么是TCP三次握手，什么是TCP四次握手以及如何设计一个单线程多任务版的TCP服务器，这些问题都是本文需要解决的问题。

一、TCP/IP的11种状态

　　netstat -na  | grep port_num：可以查看TCP/IP状态

　　一个完整的Socket通信过程，会经过11种TCP/IP状态，状态图如下：

　　

思考三个问题：

1.为什么TCP/IP通信前需要三次握手？

　　因为TCP是全双工协议，得先建立连接才能实现任意一方接收和发送数据的功能，因此需要进行安全认证！这就好比在战争年代，使用电台发送情报一样。

　　当A想要与B通信时，A需要发送一个SYN包a给到B，当B收到这个包时，会发送一个ACK a+1的包回给B，同时还要发送一个SYN b给A，确认你是不是要与我通信，然后当A发送ACK b+1给到B时，B收到这个包，那么证明A是对的人，这样A与B之间就能成功建立连接，他们之间就可以相互通信了。

2.为什么TCP/IP断开时需要四次挥手？

　　1). 为什么要显式调用两次close()函数？

　　当任意一方(假设为A)先调用close()函数时，此时A就不能发送和接收数据了。但是这并不影响另一方(假设为B)，也就是说B还可以往TCP/IP缓冲区中写入数据，只不过当内核往A发送数据时会发生错误。当B也调用close()函数时，说明B也要关闭套接字了，就不再发送和接收数据了，他们的通信也就结束了。

　　2).FIN_TIME_2状态：

　　该状态也称为半连接状态。当A调用close()函数时，此时会在数据流的末尾加上0，当B接收到数据时，read()函数返回0，说明A已经关闭了，那么TCP/IP会偷偷的向A发送一个确认状态，但是B还没有关闭，此时A就处于半连接状态了。

　　为什么会出现半连接状态呢？

　　　　因为当B端的read()返回0时，TCP/IP协议知道A已经关闭了，但B还没有调用close()函数，而且TCP/IP协议又是双通道协议，只要B没有关闭，那么B还是可以进行读和写操作的。因此A就不能继续往前推进到TIME_WAIT状态。

　　3). TIME_WAIT状态：

　　主动关闭的的那一端A最终会推进到TIME_WAIT状态，只有当对方B也关闭了。只不过要等一会(2MSL)再关闭，因为存在网络延迟的原因导致最后一个确认包没能及时发送出去。当处于TIME_WAIT状态时，如果ACY y+1发送失败时，可以重新发送，保证对方真正处于关闭状态。这也是为什么会出现端口可重用选项的原因。

3.在状态图中，我们只看到了10种状态，那还有一种是什么？

　　还有一种是CLOSING状态，这种状态比较特殊，只有当双方同时关闭的时候才会出现，状态图变化如下：

　　　　

二、一个简单版的非阻塞服务器

　　在经过了上面对TCP/IP协议的详细分析之后，我们可以写一个稍微复杂一些的TCP服务器了，强化一下我们讲过的知识点。

　　

 def main():
     # 1.创建TCP 服务器
     tcp_sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
     tcp_sock.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
     # 2.绑定到指定端口
     tcp_sock.bind(('', 6060))
     # 3.设置为被动模式
     tcp_sock.listen(128)
     # 4.把服务器端设置为非阻塞模式
     tcp_sock.setblocking(False)
 
     # 用来保存每个与服务器建立了连接的客户端
     clients = list()
     # 5.等待客户端的连接
     while True:
         time.sleep(1)
         # 当把阻塞的东西设置为非阻塞时，一定会发成异常
         try:
             client_sock, addr = tcp_sock.accept()
             print(client_sock)
 
             # 此时再把客户端设置为非阻塞模式，
             client_sock.setblocking(False)
             # 把建立好了的连接保存起来
             clients.append(client_sock)
         except Exception as e:
             print('------------没有客户端来连接----------')
 
         for new_client in clients:
             try:
                 # 接收数据,因为把客户端设置成了非阻塞，
                 # 那么所有的阻塞操作都变成了非阻塞模式
                 data = new_client.recv(1024).decode()
                 if data: # 此时客户端还在保持连接状态
                     print(data)
                 else: # 客户端已经断开连接了
                     new_client.close()
                     clients.remove(new_client)
                 print(data)
             except Exception as e:
                 print('-------客户端未发送数据-------')
 
 if __name__ == '__main__':
     main()