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9. Socket编程

Fred 收录于 go基础
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计算机网络基础

  • 常见的两种架构:
    • C/S 微信,qq,迅雷等需要安装客户端的应用.
      • client 客户端
      • serve 服务端
    • B/S 百度,知乎,博客园登不需要客户端,通过一个浏览器即可实现相关服务
      • browser 浏览器
      • server 服务端

协议

  • server和client得到的内容都是二进制,所以每一位代表什么就需要事先规定好,再按照约定进行发送和解析,这个约定就是协议.

  • arp协议(重点)

    • 地址解析协议，即ARP（Address Resolution Protocol），是根据IP地址获取物理地址的一个TCP/IP协议。
    • 由交换机完成:交换机先广播再单播完成通讯
    • arp协议:通过ip地址获取mac地址
    • 交换机通过arp协议识别一台机器

  • IP协议

    • 规定网络地址的协议叫ip协议
    • 规定网络地址的协议叫ip协议，它定义的地址称之为ip地址，广泛采用的v4版本即ipv4，它规定网络地址32位2进制表示范围0.0.0.0-255.255.255.255 一个ip地址通常写成四段十进制数，例：172.16.10.1
    • IP协议的作用主要有两个，一个是为每一台计算机分配IP地址，另一个是确定哪些地址在同一个子网络。

TCP协议

  • 可靠,速度慢,全双工通信

  • 建立连接三次握手,断开连接四次挥手

  • 建立起链接之后,发送每条消息都有回执,为了保证数据的完整性,还有重传机制

  • 数据传输:有收必有发,收发必相等

  • 长连接:会一直占用对方端口

  • IO操作(input/output),IO操作的输入输出时相对内存来说

    • write-send (输出ouput)
    • read-recv (输入input)
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    #三次握手
TCP是因特网中的传输层协议，使用三次握手协议建立连接。当主动方发出SYN连接请求后，等待对方回答SYN+ACK[1]，并最终对对方的 SYN 执行 ACK 确认。这种建立连接的方法可以防止产生错误的连接。[1] 
TCP三次握手的过程如下：
客户端发送SYN（SEQ=x）报文给服务器端，进入SYN_SEND状态。
服务器端收到SYN报文，回应一个SYN （SEQ=y）ACK(ACK=x+1）报文，进入SYN_RECV状态。
客户端收到服务器端的SYN报文，回应一个ACK(ACK=y+1）报文，进入Established状态。
三次握手完成，TCP客户端和服务器端成功地建立连接，可以开始传输数据了。

#四次挥手
(1) 某个应用进程首先调用close，称该端执行“主动关闭”（active close）。该端的TCP于是发送一个FIN分节，表示数据发送完毕。
(2) 接收到这个FIN的对端执行 “被动关闭”（passive close），这个FIN由TCP确认。
注意：FIN的接收也作为一个文件结束符（end-of-file）传递给接收端应用进程，放在已排队等候该应用进程接收的任何其他数据之后，因为，FIN的接收意味着接收端应用进程在相应连接上再无额外数据可接收。
(3) 一段时间后，接收到这个文件结束符的应用进程将调用close关闭它的套接字。这导致它的TCP也发送一个FIN。
(4) 接收这个最终FIN的原发送端TCP（即执行主动关闭的那一端）确认这个FIN。[1] 
既然每个方向都需要一个FIN和一个ACK，因此通常需要4个分节。

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UDP协议

  • 不需要建立连接,速度特别快,可能会丢消息.

小结(TCP/UDP重点)

  • 应用场景

    • TCP:文件上传下载(邮件,网盘)
    • UDP:即时通讯(微信,qq)

  • 传输文件长度:

    • TCP 长度无限
    • UDP 能够传输的数据航都是有限的,根据数据传递设备的设置有关系

osi七层模型

  • ‘应表会传网数物’

    也叫osi五层模型,专业七层,开发人员掌握五层模型,表示层会话层了解

    • 应用层:python代码
    • 表示层
    • 会话层
    • 传输层:tcp协议 udp协议 端口
    • 网络层:ipv4/ipv6协议
    • 数据链路层:mac地址 arp协议
    • 物理层:

    https://raw.githubusercontent.com/hellolib/pictures/main/Typora/pic-00-gitee/20210324215659.png

  • 每层运行常见协议/物理设备

tcp/ip五层 每层运行常见协议 每层运行常见物理设备
5应用层 python代码/http/https/ftp/smtp/
4传输层 tcp/udp协议 端口 四层交换机/四层路由器
3网络层 ipv4/ipv6协议 三层路由器/三层交换机
2数据链路层 mac地址/arp协议 网卡/交换机/二层交换机
1物理层

socket

  • 中文名字:套接字
  • Socket是应用层与传输层中间的抽象层，Socket帮助去组织拼接信息数据，以符合指定的协议。
  • 用来描述IP地址和端口,是一个通信的句柄,用来实现不同计算机之间的通信
  • socket对于程序员来说,已经是网络操作的底层了

粘包

粘包概念:

  • TCP粘包是指发送方发送的若干包数据到接收方接收时粘成一包，从接收缓冲区看，后一包数据的头紧接着前一包数据的尾。
  • 粘包可能由发送方造成，也可能由接收方造成。
  • 只有TCP有粘包现象，UDP永远不会粘包
  • 粘包不一定会发生

粘包原因:

所谓粘包问题主要还是因为接收方不知道消息之间的界限，不知道一次性提取多少字节的数据所造成的。

  • 发送端原因: 由于TCP协议本身的机制（面向连接的可靠地协议-三次握手机制）客户端与服务器会维持一个连接（Channel），数据在连接不断开的情况下，可以持续不断地将多个数据包发往服务器，但是如果发送的网络数据包太小，那么他本身会启用Nagle算法（可配置是否启用）对较小的数据包进行合并（基于此，TCP的网络延迟要UDP的高些）然后再发送（超时或者包大小足够）。那么这样的话，服务器在接收到消息（数据流）的时候就无法区分哪些数据包是客户端自己分开发送的，这样产生了粘包.
  • 接收端原因: 服务器在接收到数据库后，放到缓冲区中，如果消息没有被及时从缓存区取走，下次在取数据的时候可能就会出现一次取出多个数据包的情况，造成粘包现象。

tcp粘包解决办法

python版

  • 在每次使用tcp协议发送数据流时,在开头标记一个数据流长度信息,并固定该报文长度(自定义协议).在客户端接收数据时先接收该长度字节数据,判断客户端发送数据流长度,并只接收该长度字节数据,就可以实现拆包,完美解决tcp粘包问题.
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#struct模块
#该模块可以把一个类型，如数字，转成固定长度为4的bytes类型
import struct
res = struct.pack('i',12345)	#i表示整数int
print(res,len(res),type(res))  #长度是4

res2 = struct.pack('i',12345111)
print(res,len(res),type(res2))  #长度也是4

unpack_res =struct.unpack('i',res2)
print(unpack_res)  #(12345111,)
print(unpack_res[0]) #12345111
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###################客户端client###################
#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
import socket
import struct
sock=socket.socket()	
sock.connect(('127.0.0.1', 13459))	

content1='我好'.encode('utf-8')		#要发送消息
content2='他也好'.encode('utf-8')

con1_len=struct.pack('i',len(content1))	# 计算要发送消息(字节)的长度,并使用struct模块转化为长度为4的字节b'\x06\x00\x00\x00'
sock.send(con1_len)						#先把这个4字节的报文发送
sock.send(content1)						#发送内容

con2_len=struct.pack('i',len(content2))
sock.send(con2_len)
sock.send(content2)


sock.close()
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###################服务端server###################
#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
import struct
import socket

sock = socket.socket()		#买手机
sock.bind(('127.0.0.1', 13459))		#插卡
sock.listen(10)  	#开机(同时最大连接10)

conn, addr = sock.accept()		#(受)与cilent端connect(攻)对应.
msg = conn.recv(4)				#首先接收4个字节(4个字节由client端struct模块转化)
len_msg= struct.unpack('i',msg)	#struct模块读取报文,判断跟随数据长度.返回值是一个元祖(6,)
size_msg=len_msg[0]					#取值判断跟随数据长度
msg = conn.recv(size_msg)			#接收报文读取长度字节
print(msg.decode('utf-8'))			#解码输出

msg=conn.recv(4)
len_msg=struct.unpack('i',msg)
size_msg=len_msg[0]
msg = conn.recv(size_msg)
print(msg.decode('utf-8'))


conn.close()
sock.close()

!重要struct模块转化与读取都是对字节进行操作!

Go

将消息长度转为int32(len(msg)),4个字节

  • 协议代码

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    package proto

import (
	"bufio"
	"bytes"
	"encoding/binary"
)

func Encode(message string) ([]byte, error) {
	// 读取消息的长度转换成int32类型（4字节）
	var length = int32(len(message))
	var pkg = new(bytes.Buffer)
	// 写入消息头
	err := binary.Write(pkg, binary.LittleEndian, length)
	if err != nil {
		return nil, err
	}
	// 写入包体
	err = binary.Write(pkg, binary.LittleEndian, []byte(message))
	if err != nil {
		return nil, err
	}
	return pkg.Bytes(), nil
}

// 解码
func Decode(reader *bufio.Reader) (string, error) {
	// 读消息长度
	lengthByte, _ := reader.Peek(4)
	lengthBuff := bytes.NewBuffer(lengthByte)
	var length int32
	err := binary.Read(lengthBuff, binary.LittleEndian, &length)
	if err != nil {
		return "", err
	}
	// buffer返回缓冲中现有的可读的字节数
	if int32(reader.Buffered()) < length+4 {
		return "", err
	}
	// 读取真正的数据
	pack := make([]byte, int(4+length))
	_, err = reader.Read(pack)
	if err != nil {
		return "", err
	}
	return string(pack[4:]), nil
}

  • server code

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    package main

import (
	"20_tcp/03_粘包/proto"
	"bufio"
	"fmt"
	"io"
	"net"
)

func main() {
	// 本地端口启动服务
	listener, err := net.Listen("tcp", "localhost:20000")
	if err != nil {
		fmt.Println("服务器启动失败....", err)
		return
	}
	fmt.Println("监听成功...")
	// 等待连接
	for {
		conn, err := listener.Accept()
		if err != nil {
			fmt.Println("连接建立失败...", err)
			break
		}
		fmt.Println("连接成功...")
		go Process(conn)
	}
	// 通信
}

func Process(conn net.Conn) {
	defer conn.Close()
	reader := bufio.NewReader(conn)
	for {
		msg, err := proto.Decode(reader)

		fmt.Println("收到消息：", msg)
		if err == io.EOF {
			return
		}
		if err != nil {
			fmt.Println("decode失败，err:", err)
		}
	}
}

  • client

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    package main

import (
	"20_tcp/03_粘包/proto"
	"fmt"
	"net"
)

func main() {
	conn, err := net.Dial("tcp", "127.0.0.1:20000")
	if err != nil {
		fmt.Println("连接失败,err:", err)
		return
	}
	defer conn.Close()
	msg := "hello socket"
	for i := 0; i < 20; i++ {
		// 调用协议编码协议
		b, err := proto.Encode(msg)
		if err != nil {
			fmt.Println("Encode失败，err:", err)
		}
		conn.Write(b)
		fmt.Println("发送成功...,msg：", b)
	}
}

TCP代码实现

  • golang中使用net包实现socker编程; net常用的函数:
    • Dial 拨号
    • Listen 监听
    • Accept 接受

TCP客户端

  • tcp客户端

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    package main

import (
	"fmt"
	"log"
	"net"
)

func main() {
	// 尝试连接百度服务器
	conn,err:= net.Dial("tcp","www.baidu.com:80")
	if err!= nil {
		fmt.Println(err)
	}
	defer conn.Close()
	log.Println("连接成功")

	// 发送数据
	conn.Write([]byte("test\n"))
	// 接收数据
	buf:= make([]byte,10)
	conn.Read(buf)

}

TCP服务端

  • 服务端

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    package main

import (
	"fmt"
	"log"
	"net"
	"time"
)

func main() {
	listener,err:= net.Listen("tcp",":80")
	if err!=nil {
		fmt.Println(err)
	}
	defer listener.Close()
	log.Println("启动成功...")
	// 阻塞等待客户端连接
	conn,err:= listener.Accept()
	// 设置连接超时时间
	conn.SetDeadline(time.Now().Add(time.Second))
	// 设置读取超时时间
	conn.SetReadDeadline(time.Now().Add(time.Second))
	// 设置写入超时时间
	conn.SetWriteDeadline(time.Now().Add(time.Second))
}

UDP代码实现

UDP客户端

  • 与tcp类似; 将Dial第一个参数改为udp

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    package main

import (
	"fmt"
	"log"
	"net"
)

func main() {
	// 尝试连接百度服务器
	conn,err:= net.Dial("udp","www.baidu.com:80")
	if err!= nil {
		fmt.Println(err)
	}
	defer conn.Close()
	log.Println("连接成功")

	// 发送数据
	conn.Write([]byte("test\n"))
	// 接收数据
	buf:= make([]byte,10)
	conn.Read(buf)
  log.Println(string(buf))


}

UDP服务端

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    package main

import (
	"fmt"
	"log"
	"net"
)

func checkErr(err error)  {
	if err!=nil {
		log.Println(err)
	}
}

func main() {
	// 创建一个UDP地址
	udpaddr, err:= net.ResolveUDPAddr("udp4",":1234")
	checkErr(err)
	// 创建udp服务
	conn,err:= net.ListenUDP("udp",udpaddr)
	checkErr(err)
	defer conn.Close()
	fmt.Println("UDP服务创建成功")

	buf:= make([]byte,1024)
	conn.Read(buf)
	log.Println(string(buf))

	_,raddr,err:= conn.ReadFromUDP(buf)

	conn.Write([]byte("hello word\r\n"))
	conn.WriteToUDP([]byte("hello word\r\n"),raddr)

}
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更新于 2025-05-15 
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