前言

通過golang實現Tcp的連接與信息傳輸

本文主要介紹Tcp協議以及如何使用golang來建立一個簡單的tcp連接服務，并且實現信息的傳輸。

首先介紹什么是Tcp協議

Tcp協議是傳輸層的一個可靠數據傳輸協議,Tcp協議有以下幾個特點:

• 點對點的發送：一個發送方，一個接收方
• 可靠性: 可靠的、按序的字節流
• 流水線機制：TCP擁塞控制和流量控制機制設置滑動窗口尺寸
• 緩存窗口: 發送方/接收方可以進行緩存
• 全雙工：同一連接中能夠傳輸雙向數據流
• 面向連接：通信雙方在發送數據之前必須建立連接，在建立連接之后才能進行數據傳輸
  • 連接狀態只在連接的兩端中維護，在沿途節點中并不維護狀態（端到端）
  • TCP連接包括：兩臺主機上的緩存、連接狀態變量、socket等（雙方都要維護）

什么是可靠數據傳輸?

TCP在IP層提供的不可靠服務基礎上實現的可靠數據傳輸服務，基于流水線機制。當有發送端的數據丟失后，接收端不會不予理睬，而是重新會發送給發送方一個信號，請求重新發送該數據報。以此來確保數據的可靠性傳輸。這里只作簡單解釋可靠數據傳輸的特點:

• 累計確認機制：當接收方接收到因為超時重傳的幀后，會傳輸當前累加后的（最大的）ACK序號。
• TCP使用單一重傳定時器（也就是SR定時器，只判斷ACK的那個幀進行定時處理）
• 觸發重傳的事件：超時、收到重復ACK
• 漸進式：暫不考慮重復ACK、暫不考慮流量控制、暫不考慮擁塞控制

TCP的快速重傳機制

如果TCP通道建立之后，數據在發送過程中丟失。TCP將會觸發快速重傳機制，下面是快速重傳機制的特點:

• 如果發生超時情況，而超時時間間隔過長，則需要等待很長時間。
• 當發送方接收到3個重復的ACK，就觸發快速重傳機制，直接重新發送這個幀數據。

簡單介紹TCP連接的三次握手和四次揮手

三次握手

• 客戶端希望與服務端建立TCP連接時，需要先發送一個SYN請求報文段給服務端，并告訴服務端自己的初始報文段序列號是多少。
• 服務端接收到這個報文后進行隨機選擇初始的報文段序列號，分配滑動窗口緩存空間大小。接著返回一個SYNACK響應報文段并且把服務端初始報文段序列號和滑動窗口緩存空間大小給客戶端表明我已經接到你的請求了。
• 客戶端接收到SYNACK報文段后會答復一個ACK報文段表明我已經收到，可以建立連接了。同時會根據接收到的服務端的滑動窗口緩存空間大小，分配一個同樣大小的滑動窗口緩存空間用于發送。

四次揮手

• 客戶端進程發出連接釋放的報文FIN=1以及一個客戶端的序列號（該序列號等于最后一個傳進來的數據的序列號+1）給服務端，并進入FIN_WAIT_1的終止等待狀態。TCP規定FIN報文段即使不攜帶數據，也要消耗一個序號。
• 服務端收到客戶端發來的請求報文和序列號后，響應給客戶端ACK=1確認報文段，服務端的報文序列號，以及ack=u+1。此時服務端進入close_wait狀態（關閉等待狀態）。此時TCP通知上層應用進程，客戶端已經準備關閉了，這時候處于版關閉狀態。這時如果向客戶端發送數據，客戶端仍然需要接收。這個狀態需要維持一段時間，如果期間有數據需要發送就進行發送。等待整個CLOSE_WAIT狀態持續時間結束。
• 客戶端收到服務端發來的ACK=1確認報文后，進入FIN_WAIT_2的終止等待狀態，等待服務端是否還有數據需要進行發送。
• 服務端發送完最后的數據之后，就向客戶端發送連接釋放報文，FIN=1，ack=u+1。由于在半關閉狀態，服務器可能還會發送一些數據，所以這時的序列號也會隨之改變。服務端發送完的報文序列號之后就進入LAST_ACK最后確認狀態，等待客戶端進行確認。
• 客戶端收到服務端發送的連接釋放報文后必須發送確認ACK=1報文，以及自己的序列號給服務端表示已經接收并進入TIME-WAIT(時間等待狀態)注意此時客戶端并未關閉，而是經過2*MSL（最長報文段壽命）的時間后，當客戶端撤銷相應的TCB之后才進入CLOSED狀態。
• 服務端只要接收到客戶端的確認連接釋放報文，就立即進入CLOSED關閉狀態，同樣撤銷掉了TCB之后就結束了這次的TCP連接。因此可以看出，（除非特殊情況）服務端關閉是要早于客戶端的。

golang實現簡單的tcp連接建立

服務端

主要分為3部分

• 建立tcp監聽通道，指定監聽端口

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

• 對通道進行監聽

listen.Accept() (Conn, error)

• 關閉監聽通道

defer listen.Close()

完整代碼

注意defer語句一定要寫在錯誤處理之后。如果寫在錯誤之前，一旦發生了錯誤，該連接就不會被生成，進而執行defer語句的時候無法進行通道關閉。

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連接監聽通道
   listen, err := net.Listen("tcp", "127.0.0.1:4399")
   if err != nil {
      panic(err)
   }
   // 3. 關閉監聽通道
   defer listen.Close()
   fmt.Println("server is Listening")
   for {
      // 2. 進行通道監聽
      conn, err := listen.Accept()
      if err != nil {
         panic(err)
      }
      // 啟動一個協程去單獨處理該連接
      go handle(conn)
   }
}

客戶端

客戶端和服務端一樣，也分為三個部分

• 對指定通道進行連接

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

• 連接成功后發送數據

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

• 發送完成后進行關閉連接

defer conn.Close()

完整代碼

在這里我只做了簡單的處理，將字符串轉化為字符切片通過Write的方式發送給了服務端，并且該過程只進行了一次。如果需要多次持續建立連接并且發送，需要主動開啟一個for循環，并且設置循環結束條件。

package main
import "net"
func main() {
   // 1. 建立訪問通道
   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))
}