深入浅出TCP 与 UDP

news2024/11/24 10:41:17

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🔥 引言

在互联网的广阔天地里，TCP（Transmission Control Protocol）和UDP（User Datagram Protocol）作为传输层的两大支柱，各自承担着不同的使命。下面这篇文章将带你从基础到进阶，全面解析它们的特点、差异及应用场景，同时通过实战代码加深理解。📚

🌐 基础认知概览

💻 TCP - 稳健的信使 🛡️

TCP，一个面向连接的协议，就像是互联网世界里的忠诚邮递员，确保每一份数据都能安全、准确地送达目的地。

握手 🤝：TCP连接建立前会通过三次握手确保双方准备就绪。
可靠性 📡：提供数据确认、重传机制，确保数据完整无缺，顺序传输。
流量控制 📉：通过滑动窗口机制调节数据发送速率，避免接收方过载。
拥塞控制 🚦：动态调整数据发送量，缓解网络拥堵。
应用场景 📁：适合文件传输、网页浏览等需要高度可靠性的场景。

🎭 UDP - 敏捷的使者 🏃‍♂️

UDP，一个无连接的协议，更像是一位奔跑的快递员，快速但不保证包裹的最终到达状态。

快速传输 🚀：无需建立连接，直接发送数据包，降低延迟。
轻量级 🪶：头部简单，减少网络传输的开销。
不保证顺序和完整性 😵：数据可能丢失、乱序，但适用于对实时性要求高的场景。
多播支持 📡：能够实现一对多的高效数据分发。
应用场景 🎮：适用于视频会议、在线游戏、DNS查询等实时性优先的场景。

🧑‍💻 实战演练：代码示例

TCP 服务器与客户端示例

服务器（Node.js）

const net = require('net');

// 创建TCP服务器
const server = net.createServer((socket) => {
  // 每当有新的连接建立时，这个回调函数会被执行，socket代表与客户端的连接
  console.log('A client connected.');

  // 为这个socket（即与单个客户端的连接）添加'data'事件监听器
  socket.on('data', (data) => {
    // 当接收到客户端发送的数据时，这个事件被触发
    console.log(`Received: ${data}`);

    // 将接收到的数据原样回传给客户端
    socket.write(`Echo: ${data}`);
  });

  // 可以在这里添加更多的事件处理，比如处理连接结束('end')、错误('error')等
});

// 使服务器开始监听指定端口（这里是3000端口）
server.listen(3000, () => {
  console.log('TCP Server listening on port 3000');
  // 这个回调函数在服务器开始监听后执行，打印一条消息表明服务器已启动并监听指定端口
});

客户端（Node.js）

const net = require('net');

// 定义服务器的IP地址和端口号
const SERVER_HOST = 'localhost'; // 如果服务器与客户端在同一台机器上，可以使用localhost或127.0.0.1
const SERVER_PORT = 3000; // 确保这个端口号与TCP服务器监听的端口一致

// 创建一个新的TCP客户端Socket实例
const client = new net.Socket();

// 连接到指定的服务器和端口
client.connect(SERVER_PORT, SERVER_HOST, () => {
  // 连接成功后的回调函数
  console.log('Connected to server'); // 打印提示信息，表明已成功连接到服务器

  // 定义要发送给服务器的消息
  const message = 'Hello, TCP Server!';

  // 使用write方法将消息发送给服务器
  client.write(message); // 实际发送消息

  // 可选：监听'data'事件以接收服务器的响应
  client.on('data', (data) => {
    console.log('Received:', data.toString()); // 接收到服务器数据时打印出来
    // client.end(); // 可以在此处选择关闭连接，根据实际应用需求决定
  });

  // 监听'end'事件，当连接结束时触发
  client.on('end', () => {
    console.log('Connection closed'); // 打印提示信息，表示连接已关闭
  });

  // 监听'error'事件，处理连接或数据传输过程中的错误
  client.on('error', (err) => {
    console.error('Error:', err); // 打印错误信息
    client.destroy(); // 遇到错误时关闭Socket，释放资源
  });
});

UDP 服务器与客户端示例

服务器（Node.js）

// 导入Node.js的dgram模块，用于创建UDP通信的socket
const dgram = require('dgram');

// 使用dgram模块创建一个UDP服务器socket，指定使用IPv4协议
const server = dgram.createSocket('udp4');

// 为UDP服务器socket添加'message'事件监听器
// 当有UDP数据包从客户端发送到服务器时，该事件被触发
server.on('message', (msg, rinfo) => {
	// msg参数是接收到的数据内容，rinfo是一个对象，包含发送方的信息
	// rinfo.address是发送方的IP地址，rinfo.port是发送方的端口号
	// 打印接收到的消息内容及发送方的地址和端口信息
	console.log(`UDP message: ${msg} from ${rinfo.address}:${rinfo.port}`);
});

// 让UDP服务器socket开始监听指定端口（这里是4000端口）
// 第二个参数是回调函数，当服务器开始监听后执行
server.bind(4000, () => {
	// 打印日志，表明UDP服务器已在指定端口成功启动并开始监听
	console.log('UDP Server listening on port 4000');
});

客户端（Node.js）

// 导入dgram模块，这是Node.js中用于创建UDP Socket的模块
const dgram = require('dgram');

// 创建一个UDP客户端Socket，指定使用IPv4协议
const client = dgram.createSocket('udp4');

// 使用客户端Socket发送消息到指定的服务器
// 参数分别是：要发送的数据（必须是Buffer或字符串）、服务器端口号、服务器地址、回调函数处理错误
client.send('Hello, UDP Server!', 4000, 'localhost', (err) => {
  // 如果发送过程中发生错误，则抛出异常
  if (err) throw err;
  // 打印日志，表明消息已成功发送
  console.log('UDP message sent');
});

// 为客户端Socket添加'message'事件监听器，用于接收服务器的响应
client.on('message', (msg, rinfo) => {
  // 打印接收到的消息内容以及发送方的地址和端口
  console.log(`UDP response: ${msg} from ${rinfo.address}:${rinfo.port}`);
});

// 监听'listening'事件，当客户端Socket准备好接收数据时触发
// （注意：UDP客户端通常不直接监听，此段代码更多是演示，实际中UDP客户端不需监听listening事件）
client.on('listening', () => {
  // 获取客户端Socket的地址信息
  const address = client.address();
  // 打印客户端的监听地址和端口，尽管UDP客户端不真正“监听”，此处逻辑更多是概念演示
  console.log(`UDP Client listening on ${address.address}:${address.port}`);
});