Golang网络编程

news2024/11/18 9:32:38

互联网协议介绍引入

1. 物理层（Physical Layer）：
   - 功能：物理层负责定义物理介质传输数据的方式和规范，它传输的是原始数据比特流。
   - 协议：Ethernet、Wi-Fi、USB、光纤等。
   - 例子：将数据通过网线传输的过程类似于我们通过电话线进行声音通信。

2. 数据链路层（Data Link Layer）：
   - 功能：数据链路层负责将数据分成帧，并进行传输错误的检测和纠正。
   - 协议：Ethernet（MAC地址）、PPP（点对点协议）等。
   - 例子：当我们接收到一封电子邮件时，电子邮件被分成小块，每个块都有一个标识符，以确保它们的正确接收。

3. 网络层（Network Layer）：
   - 功能：网络层负责在网络中选择最佳的路径进行数据传输和路由。
   - 协议：IP（Internet协议）、ICMP（Internet控制消息协议）等。
   - 例子：当我们使用导航应用程序时，它会根据我们的位置、交通情况和其他因素决定最佳路线。

4. 传输层（Transport Layer）：
   - 功能：传输层负责提供可靠的端到端数据传输和错误恢复。
   - 协议：TCP（传输控制协议）、UDP（用户数据报协议）等。
   - 例子：当我们下载文件时，传输层确保文件被正确地分割成数据包，并且在接收端按正确顺序重新组装。

5. 会话层（Session Layer）：
   - 功能：会话层负责建立、管理和终止网络中的会话。
   - 协议：TLS（安全传输层协议）、SSH（安全外壳协议）等。
   - 例子：当我们在网上购物时，会话层确保我们与商家之间的通信是加密和安全的。

6. 表示层（Presentation Layer）：
   - 功能：表示层负责数据的格式化、加密和压缩，确保不同系统间的数据能正确解释和理解。
   - 协议：JPEG（图像压缩标准）、MPEG（音视频压缩标准）等。
   - 例子：当我们分享相片时，表示层负责将图像转换成适合传输和显示的格式。

7. 应用层（Application Layer）：
   - 功能：应用层负责发送和接收应用程序之间的数据，并提供应用程序所需的服务。
   - 协议：HTTP（超文本传输协议）、FTP（文件传输协议）、SMTP（简单邮件传输协议）等。
   - 例子：当我们使用浏览器访问网页时，应用层使用HTTP协议来请求和接收网页内容。

如下图所示，发送方的HTTP数据经过互联网的传输过程中会依次添加各层协议的标头信息，接收方收到数据包之后再依次根据协议解包得到数据。

socket图解

 什么是套接字

Socket（套接字）是一种用于实现网络通信的编程接口；

它允许不同的计算机通过网络互相传递数据；

Socket提供了一种标准的编程接口，使得开发者可以使用通用的网络协议（如TCP/IP）进行网络通信。

下面举生活中的例子：

Socket是应用层与传输层之间的接口，它基于计算机网络原理，将网络传输分为两个角色：服务器（Server）和客户端（Client）

CS架构

- 服务器端（Server）：服务器端监听特定的网络端口，等待客户端的连接请求。一旦接收到连接请求，服务器端创建一个新的Socket与客户端进行通信。

- 客户端（Client）：客户端发起连接请求，并通过Socket与服务器端建立通信。客户端可以发送请求数据到服务器，并接收服务器的响应数据。

Socket操作涉及以下几个主要步骤：

1. 创建Socket：服务器端和客户端都需要创建一个Socket对象，用来进行通信（该对象包含了IP地址和端口号等信息）

2. 绑定Socket：服务器端需要将Socket绑定到一个具体的IP地址和端口号上，以便客户端能够连接。

3. 监听连接：服务器端通过Socket监听特定的端口，等待客户端的连接请求。

4. 接受连接：一旦服务器端接收到连接请求，它会创建一个新的Socket对象与客户端进行通信。

5. 数据传输：通过Socket对象，服务器端和客户端可以相互发送数据。

6. 关闭连接：通信完成后，服务器和客户端都可以关闭Socket连接。

生活中的例子可以是使用手机应用程序与服务器进行通信。举个例子，考虑一个聊天应用程序，其包括一个服务器和多个客户端。服务器负责接收和分发消息，而客户端负责发送和接收用户的消息。

在这个场景中，服务器端的应用程序创建了一个Socket并在指定端口上侦听。多个客户端应用程序也创建了各自的Socket对象，并使用服务器的IP地址和端口号连接到服务器。

一旦连接建立，客户端通过其Socket向服务器发送消息。服务器接收到消息后，可以将其转发给其他客户端。这样，通过Socket的使用，服务器和客户端可以实现实时的聊天功能。

总结来说，Socket是一种网络编程接口，用于在服务器端和客户端之间建立通信。通过Socket，计算机可以通过网络传输数据，实现各种应用程序的网络通信。

常用的Socket类型有两种：流式Socket和数据报式Socket，流式是一种面向连接的Socket，针对于面向连接的TCP服务应用，数据报式Socket是一种无连接的Socket，针对于无连接的UDP服务应用

TCP：比较靠谱，面向连接，比较慢

UDP：不是太靠谱，比较快

前提概念几则

net包

Go语言实现TCP通信

TCP协议

TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol) 即传输控制协议/网际协议，是一种面向连接（连接导向）的、可靠的、基于字节流的传输层（Transport layer）通信协议，因为是面向连接的协议，数据像水流一样传输，会存在黏包问题。

TCP服务端

一个TCP服务端可以同时连接很多个客户端，例如世界各地的用户使用自己电脑上的浏览器访问淘宝网。因为Go语言中创建多个goroutine实现并发非常方便和高效，所以我们可以每建立一次链接就创建一个goroutine去处理。

TCP服务端程序的处理流程：

    1.监听端口
    2.接收客户端请求建立链接
    3.创建goroutine处理链接。

TCP服务端代码如下：

package main

import (
	"bufio"
	"fmt"
	"net"
)



// 服务端
func process(conn net.Conn) {
    defer conn.Close() // 关闭连接
    for {
        reader := bufio.NewReader(conn)
        var huancun [128]byte
        n, err := reader.Read(huancun[:]) // 读取数据
        if err != nil {
            fmt.Println("从客户端读取数据失败，报错为:", err)
            break
        }
        data := string(huancun[:n])
        fmt.Println("收到client端发来的数据:", data)
        conn.Write([]byte(data)) // 发送数据
    }
}

func main() {
    listen, err := net.Listen("tcp", "127.0.0.1:30000")
    if err != nil {
        fmt.Println("listen failed, err:", err)
        return
    }
    for {
        conn, err := listen.Accept() // 建立连接
        if err != nil {
            fmt.Println("accept failed, err:", err)
            continue
        }
        go process(conn) // 启动一个goroutine处理连接
    }
}   
这是一个简单的TCP服务器程序，它监听在本地的30000端口上，并接受客户端的连接。
一旦有连接建立，就会启动一个goroutine来处理连接。

在处理连接的goroutine中，首先创建一个bufio.Reader对象来读取客户端发送的数据。
然后创建一个长度为128的字节数组作为缓冲区，
使用reader.Read()方法从客户端读取数据，并将读取到的数据存储在缓冲区中。

如果读取过程中发生错误，就打印错误信息并退出循环。
否则，将读取到的数据转换为字符串，并打印出来。然后将读取到的数据通过conn.Write()方法发送回客户端。

在main函数中，首先使用net.Listen()方法创建一个监听器，监听在本地的30000端口上。
如果监听失败，就打印错误信息并返回。否则，进入一个无限循环，不断接受客户端的连接。

在每次接受连接时，如果出现错误，则打印错误信息并继续下一次循环。
否则，启动一个goroutine来处理该连接，即调用process()函数。这样可以同时处理多个客户端的连接。

编译为可执行文件

go build -o server.exe

TCP客户端模拟

package main

import (
	"bufio"
	"fmt"
	"net"
	"os"
	"strings"
)



// 客户端
func main() {
    conn, err := net.Dial("tcp", "127.0.0.1:30000")
    if err != nil {
        fmt.Println("err :", err)
        return
    }
    defer conn.Close() // 关闭连接
    inputReader := bufio.NewReader(os.Stdin)
    for {
        input, _ := inputReader.ReadString('\n') // 读取用户输入
        inputInfo := strings.Trim(input, "\r\n")
        if strings.ToUpper(inputInfo) == "Q" { // 如果输入q就退出
            return
        }
        _, err = conn.Write([]byte(inputInfo)) // 发送数据
        if err != nil {
            return
        }
        buf := [512]byte{}
        n, err := conn.Read(buf[:])
        if err != nil {
            fmt.Println("recv failed, err:", err)
            return
        }
        fmt.Println(string(buf[:n]))
    }
}   

这是一个基于TCP的简单客户端代码。它通过网络连接到指定的地址和端口
并且可以发送用户输入的数据并接收服务器返回的数据。

在主函数中，首先通过`net.Dial()`函数建立与服务器的连接，并检查是否有错误发生。

如果有错误，将打印错误信息并返回。

然后，通过`bufio.NewReader()`创建一个读取用户输入的读取器。

然后使用一个无限循环来不断读取用户输入。

在每次循环中，使用`inputReader.ReadString('\n')`读取用户输入。然后使用`strings.Trim(input, "\r\n")`去掉换行符、回车符。

下一步是检查用户输入是否为大写的"Q"，如果是的话，退出循环，在此之前关闭连接。
如果不是"Q"，则使用`conn.Write()`将用户输入的数据发送到服务器。

然后，使用`conn.Read()`从服务器接收数据，存储在缓冲区`buf`中。读取到的字节数存储在变量`n`中，如果有错误发生，则打印错误信息并返回。

最后，使用`fmt.Println(string(buf[:n]))`打印从服务器接收到的数据。循环会继续，等待用户的下一次输入。

编译为可执行文件

go build -o client.exe

测试一下：

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