前言

通過(guò)golang實(shí)現(xiàn)Tcp的連接與信息傳輸

本文主要介紹Tcp協(xié)議以及如何使用golang來(lái)建立一個(gè)簡(jiǎn)單的tcp連接服務(wù)，并且實(shí)現(xiàn)信息的傳輸。

首先介紹什么是Tcp協(xié)議

Tcp協(xié)議是傳輸層的一個(gè)可靠數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議,Tcp協(xié)議有以下幾個(gè)特點(diǎn):

• 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的發(fā)送：一個(gè)發(fā)送方，一個(gè)接收方
• 可靠性: 可靠的、按序的字節(jié)流
• 流水線機(jī)制：TCP擁塞控制和流量控制機(jī)制設(shè)置滑動(dòng)窗口尺寸
• 緩存窗口: 發(fā)送方/接收方可以進(jìn)行緩存
• 全雙工：同一連接中能夠傳輸雙向數(shù)據(jù)流
• 面向連接：通信雙方在發(fā)送數(shù)據(jù)之前必須建立連接，在建立連接之后才能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸
  • 連接狀態(tài)只在連接的兩端中維護(hù)，在沿途節(jié)點(diǎn)中并不維護(hù)狀態(tài)（端到端）
  • TCP連接包括：兩臺(tái)主機(jī)上的緩存、連接狀態(tài)變量、socket等（雙方都要維護(hù)）

什么是可靠數(shù)據(jù)傳輸?

TCP在IP層提供的不可靠服務(wù)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的可靠數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，基于流水線機(jī)制。當(dāng)有發(fā)送端的數(shù)據(jù)丟失后，接收端不會(huì)不予理睬，而是重新會(huì)發(fā)送給發(fā)送方一個(gè)信號(hào)，請(qǐng)求重新發(fā)送該數(shù)據(jù)報(bào)。以此來(lái)確保數(shù)據(jù)的可靠性傳輸。這里只作簡(jiǎn)單解釋可靠數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶攸c(diǎn):

• 累計(jì)確認(rèn)機(jī)制：當(dāng)接收方接收到因?yàn)槌瑫r(shí)重傳的幀后，會(huì)傳輸當(dāng)前累加后的（最大的）ACK序號(hào)。
• TCP使用單一重傳定時(shí)器（也就是SR定時(shí)器，只判斷ACK的那個(gè)幀進(jìn)行定時(shí)處理）
• 觸發(fā)重傳的事件：超時(shí)、收到重復(fù)ACK
• 漸進(jìn)式：暫不考慮重復(fù)ACK、暫不考慮流量控制、暫不考慮擁塞控制

TCP的快速重傳機(jī)制

如果TCP通道建立之后，數(shù)據(jù)在發(fā)送過(guò)程中丟失。TCP將會(huì)觸發(fā)快速重傳機(jī)制，下面是快速重傳機(jī)制的特點(diǎn):

• 如果發(fā)生超時(shí)情況，而超時(shí)時(shí)間間隔過(guò)長(zhǎng)，則需要等待很長(zhǎng)時(shí)間。
• 當(dāng)發(fā)送方接收到3個(gè)重復(fù)的ACK，就觸發(fā)快速重傳機(jī)制，直接重新發(fā)送這個(gè)幀數(shù)據(jù)。

簡(jiǎn)單介紹TCP連接的三次握手和四次揮手

三次握手

• 客戶端希望與服務(wù)端建立TCP連接時(shí)，需要先發(fā)送一個(gè)SYN請(qǐng)求報(bào)文段給服務(wù)端，并告訴服務(wù)端自己的初始報(bào)文段序列號(hào)是多少。
• 服務(wù)端接收到這個(gè)報(bào)文后進(jìn)行隨機(jī)選擇初始的報(bào)文段序列號(hào)，分配滑動(dòng)窗口緩存空間大小。接著返回一個(gè)SYNACK響應(yīng)報(bào)文段并且把服務(wù)端初始報(bào)文段序列號(hào)和滑動(dòng)窗口緩存空間大小給客戶端表明我已經(jīng)接到你的請(qǐng)求了。
• 客戶端接收到SYNACK報(bào)文段后會(huì)答復(fù)一個(gè)ACK報(bào)文段表明我已經(jīng)收到，可以建立連接了。同時(shí)會(huì)根據(jù)接收到的服務(wù)端的滑動(dòng)窗口緩存空間大小，分配一個(gè)同樣大小的滑動(dòng)窗口緩存空間用于發(fā)送。

四次揮手

• 客戶端進(jìn)程發(fā)出連接釋放的報(bào)文FIN=1以及一個(gè)客戶端的序列號(hào)（該序列號(hào)等于最后一個(gè)傳進(jìn)來(lái)的數(shù)據(jù)的序列號(hào)+1）給服務(wù)端，并進(jìn)入FIN_WAIT_1的終止等待狀態(tài)。TCP規(guī)定FIN報(bào)文段即使不攜帶數(shù)據(jù)，也要消耗一個(gè)序號(hào)。
• 服務(wù)端收到客戶端發(fā)來(lái)的請(qǐng)求報(bào)文和序列號(hào)后，響應(yīng)給客戶端ACK=1確認(rèn)報(bào)文段，服務(wù)端的報(bào)文序列號(hào)，以及ack=u+1。此時(shí)服務(wù)端進(jìn)入close_wait狀態(tài)（關(guān)閉等待狀態(tài)）。此時(shí)TCP通知上層應(yīng)用進(jìn)程，客戶端已經(jīng)準(zhǔn)備關(guān)閉了，這時(shí)候處于版關(guān)閉狀態(tài)。這時(shí)如果向客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)，客戶端仍然需要接收。這個(gè)狀態(tài)需要維持一段時(shí)間，如果期間有數(shù)據(jù)需要發(fā)送就進(jìn)行發(fā)送。等待整個(gè)CLOSE_WAIT狀態(tài)持續(xù)時(shí)間結(jié)束。
• 客戶端收到服務(wù)端發(fā)來(lái)的ACK=1確認(rèn)報(bào)文后，進(jìn)入FIN_WAIT_2的終止等待狀態(tài)，等待服務(wù)端是否還有數(shù)據(jù)需要進(jìn)行發(fā)送。
• 服務(wù)端發(fā)送完最后的數(shù)據(jù)之后，就向客戶端發(fā)送連接釋放報(bào)文，F(xiàn)IN=1，ack=u+1。由于在半關(guān)閉狀態(tài)，服務(wù)器可能還會(huì)發(fā)送一些數(shù)據(jù)，所以這時(shí)的序列號(hào)也會(huì)隨之改變。服務(wù)端發(fā)送完的報(bào)文序列號(hào)之后就進(jìn)入LAST_ACK最后確認(rèn)狀態(tài)，等待客戶端進(jìn)行確認(rèn)。
• 客戶端收到服務(wù)端發(fā)送的連接釋放報(bào)文后必須發(fā)送確認(rèn)ACK=1報(bào)文，以及自己的序列號(hào)給服務(wù)端表示已經(jīng)接收并進(jìn)入TIME-WAIT(時(shí)間等待狀態(tài))注意此時(shí)客戶端并未關(guān)閉，而是經(jīng)過(guò)2*MSL（最長(zhǎng)報(bào)文段壽命）的時(shí)間后，當(dāng)客戶端撤銷相應(yīng)的TCB之后才進(jìn)入CLOSED狀態(tài)。
• 服務(wù)端只要接收到客戶端的確認(rèn)連接釋放報(bào)文，就立即進(jìn)入CLOSED關(guān)閉狀態(tài)，同樣撤銷掉了TCB之后就結(jié)束了這次的TCP連接。因此可以看出，（除非特殊情況）服務(wù)端關(guān)閉是要早于客戶端的。

golang實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的tcp連接建立

服務(wù)端

主要分為3部分

• 建立tcp監(jiān)聽通道，指定監(jiān)聽端口

net.Listen("tcp", "127.0.0.1:4399")  (Listener, error)

• 對(duì)通道進(jìn)行監(jiān)聽

listen.Accept() (Conn, error)

• 關(guān)閉監(jiān)聽通道

defer listen.Close()

完整代碼

注意defer語(yǔ)句一定要寫在錯(cuò)誤處理之后。如果寫在錯(cuò)誤之前，一旦發(fā)生了錯(cuò)誤，該連接就不會(huì)被生成，進(jìn)而執(zhí)行defer語(yǔ)句的時(shí)候無(wú)法進(jìn)行通道關(guān)閉。

package main
import (
   "fmt"
   "net"
)
func handle(conn net.Conn) {
   defer conn.Close()
   var info [256]byte
   n, err := conn.Read(info[:])
   if err != nil {
      fmt.Println("conn Read fail ,err = ", err)
      return
   }
   fmt.Println("client send info to server si : ", string(info[:n]))
}
func main() {
   // 1. 建立tcp連接監(jiān)聽通道
   listen, err := net.Listen("tcp", "127.0.0.1:4399")
   if err != nil {
      panic(err)
   }
   // 3. 關(guān)閉監(jiān)聽通道
   defer listen.Close()
   fmt.Println("server is Listening")
   for {
      // 2. 進(jìn)行通道監(jiān)聽
      conn, err := listen.Accept()
      if err != nil {
         panic(err)
      }
      // 啟動(dòng)一個(gè)協(xié)程去單獨(dú)處理該連接
      go handle(conn)
   }
}

客戶端

客戶端和服務(wù)端一樣，也分為三個(gè)部分

• 對(duì)指定通道進(jìn)行連接

net.Dial("tcp", "127.0.0.1:4399") (Conn, error)

• 連接成功后發(fā)送數(shù)據(jù)

msg := "Hi, I am a client"
conn.Write([]byte(msg))

• 發(fā)送完成后進(jìn)行關(guān)閉連接

defer conn.Close()

完整代碼

在這里我只做了簡(jiǎn)單的處理，將字符串轉(zhuǎn)化為字符切片通過(guò)Write的方式發(fā)送給了服務(wù)端，并且該過(guò)程只進(jìn)行了一次。如果需要多次持續(xù)建立連接并且發(fā)送，需要主動(dòng)開啟一個(gè)for循環(huán)，并且設(shè)置循環(huán)結(jié)束條件。

package main
import "net"
func main() {
   // 1. 建立訪問(wèn)通道
   conn, err := net.Dial("tcp", "127.0.0.1:4399")
   if err != nil {
      panic(err)
   }
   defer conn.Close()
   msg := "Hi, I am a client"
   conn.Write([]byte(msg))
}

以上就是golang實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的tcp數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑敿?xì)內(nèi)容，更多關(guān)于golang tcp數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁Y料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！