大家好，我是码农先森。
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TCP（传输控制协议）的出现是为了解决计算机网络中的数据可靠传输和连接管理的问题。在早期的计算机网络中，特别是在分组交换和互联网的发展初期，网络是不可靠的，存在丢包、错误和延迟等问题。为了保证数据能够可靠地传输，需要一种协议来提供可靠的传输机制。而早期的协议如UDP（用户数据报协议）是无连接的、不可靠的，无法满足应用程序对连接管理的需求。TCP协议提供一种标准化、可靠的数据传输服务，促进了互联网的发展和应用的普及。
TCP 协议原理
TCP（传输控制协议）是一种可靠的、面向连接的传输层协议。它提供了一种端到端的可靠数据传输机制，确保数据在不可靠的网络中按序送达，并且无差错、无重复和无丢失。
- 源端口（Source Port）：指发送端（客户端）使用的端口号。在 TCP 连接中，源端口标识了发送数据的应用程序或进程。
- 目的端口（Destination port）：指接收端（服务器）用于接收数据的端口号。它位于 TCP 报文段的头部中的目的端口字段。
- 序列号（Sequence Number）：序列号是用于对发送的数据进行分段和重组的编号。它标识了 TCP 报文段中的数据字节的顺序。序列号字段位于 TCP 报文段的头部，并且是一个32位的字段。
- 应答号（Acknowledgment Number）：是指发送方期望接收到的下一个序列号。它是TCP报文头部中的一个字段，用于确认已经成功接收到的数据。
- 首部长度（Header Lenght）：它表示TCP首部的长度，指示了TCP报文头部所占用的字节数。
- 保留（Reserved）：指TCP报文段头部中的一些预留字段，它们保留为未来使用而暂时未定义其具体含义。
- 窗口大小（Window Size）：是一个用于流量控制的参数，它表示接收方所能接收的未确认数据的最大字节数。
- 校验和（Check Sum）：是一种用于检测数据完整性的机制，它用于验证TCP报文段在传输过程中是否发生了位错误或损坏。
- 紧急指针（Urgent Pointer）：是一种用于标识数据流中的紧急数据的机制。它用于告知接收方数据流中存在需要优先处理的紧急数据。
- CWR（Congestion Window Reduce）：表示拥塞窗口减少标志，用于指示发送方收到了一个ECN报文，并相应地减小了拥塞窗口的大小。
- ECE（ECN Echo）：表示显式拥塞通告回显，用于指示接收方支持并报告网络拥塞情况。
- URG（Urgent）：表示TCP报文段中存在紧急数据，并且需要在正常数据之前被优先处理。
- PSH（Push）：表示接收方在接收到该TCP报文后应该立即将数据推送给上层应用，而不是等待缓冲区满或者计时器触发。
- RST（Reset）：表示复位标志位。RST标志位在TCP报文段中用于终止连接，它用于关闭一个非正常或不可恢复的连接。
- SYN(Synchronize)：表示同步标志位。用于发起连接的建立过程。
- FIN(Finish)：表示结束标志位，用于连接的关闭过程。
TCP三次握手是建立TCP连接时使用的一种协议，其步骤如下：
第一次握手（SYN）：
客户端向服务器发送一个带有SYN（同步）标志位的数据包，用于请求建立连接。该数据包中会携带客户端的初始序列号。
第二次握手（SYN + ACK）：
服务器收到客户端的连接请求后，会向客户端发送带有SYN和ACK（确认）标志位的数据包作为响应。该数据包中会携带服务器的初始序列号，并确认客户端的序列号。
第三次握手（ACK）：
客户端收到服务器的响应后，会向服务器发送一个带有ACK标志位的数据包进行确认。这个确认信号代表客户端已经准备就绪，连接已建立。
双方完成以上三个步骤后，TCP连接建立成功，可以开始进行数据传输。
TCP四次挥手是用于关闭TCP连接的协议，其步骤如下：
第一次挥手（FIN）：
当客户端决定关闭连接时，会发送一个带有FIN（结束）标志位的数据包给服务器，表示不再发送数据，但仍然可以接收数据。
第二次挥手（ACK）：
服务器收到客户端的关闭请求后，会发送一个带有ACK标志位的数据包作为确认响应。该数据包表示服务器已经接收到了客户端的关闭请求。
第三次挥手（FIN）：
当服务器也准备关闭连接时，会向客户端发送一个带有FIN标志位的数据包，表示服务器不再发送数据。此时，服务器也进入了关闭等待状态。
第四次挥手（ACK）：
客户端收到服务器的关闭请求后，会发送一个带有ACK标志位的数据包作为确认响应。该数据包表示客户端已经接收到了服务器的关闭请求，连接将被完全关闭。
在四次挥手完成后，双方都进入了关闭状态，释放连接资源，并确保最后的数据段都能够被可靠地传递。这样可避免因为网络延迟或丢包而导致的数据传输错误或资源浪费。
在 Swoole 中的应用
- 使用
new Swoole\Server('0.0.0.0', 9501)创建了一个TCP服务器对象，监听0.0.0.0地址和9501端口。 - 使用
$server->on('connect', function ($server, $fd) { ... });监听TCP连接事件。 - 当有新的TCP连接建立时，会执行回调函数内的代码。回调函数中，将打印出新连接的文件描述符($fd)。
- 使用
$server->on('receive', function ($server, $fd, $fromId, $data) { ... });监听TCP数据接收事件。 - 使用
$server->on('close', function ($server, $fd) { ... });监听TCP连接关闭事件。 - 当有TCP连接关闭时，会执行回调函数内的代码。回调函数中，将打印出关闭连接的文件描述符($fd)。
- 使用
$server->start();启动TCP服务器，使其开始监听并处理连接请求。
<?php
// 创建 TCP 服务器对象，监听 0.0.0.0:9501 端口
$server = new Swoole\Server('0.0.0.0', 9501);
// 监听 TCP 连接事件
$server->on('connect', function ($server, $fd) {
echo "New TCP connection established: {$fd}\n";
});
// 监听 TCP 数据接收事件
$server->on('receive', function ($server, $fd, $fromId, $data) {
echo "Received data from {$fd}: {$data}\n";
// 向客户端发送回复消息
$server->send($fd, 'Hello from Swoole server!');
});
// 监听 TCP 连接关闭事件
$server->on('close', function ($server, $fd) {
echo "TCP connection closed: {$fd}\n";
});
// 启动 TCP 服务器
$server->start();
在 Go 语言中的应用
- 使用
net.Listen("tcp", "0.0.0.0:9501")函数在0.0.0.0:9501地址上创建了一个TCP监听器。 - 使用
listener.Accept()函数接受客户端的连接请求。 - 对于每个连接请求，使用
handleConnection(conn)函数处理连接。 - 为了并发处理多个连接，使用go关键字将处理连接的任务放入一个新的goroutine中执行。
- 初始化一个缓冲区buffer，使用
conn.Read()函数从连接中读取数据 - 然后，使用
conn.Write()函数向客户端发送回复消息"Hello from Go server!"。
package main
import (
"fmt"
"net"
)
// nc 0.0.0.0:9501
func main() {
// 监听 0.0.0.0:9501 地址
listener, err := net.Listen("tcp", "0.0.0.0:9501")
if err != nil {
fmt.Println("Failed to start TCP server:", err)
return
}
defer listener.Close()
fmt.Println("TCP server started on 0.0.0.0:9501")
for {
// 接受客户端连接请求
conn, err := listener.Accept()
if err != nil {
fmt.Println("Error accepting connection:", err)
continue
}
// 处理客户端连接
go handleConnection(conn)
}
}
func handleConnection(conn net.Conn) {
defer conn.Close()
fmt.Println("New TCP connection established:", conn.RemoteAddr())
// 处理接收和发送数据
buffer := make([]byte, 1024)
for {
n, err := conn.Read(buffer)
if err != nil {
fmt.Println("Error reading data:", err)
break
}
data := buffer[:n]
fmt.Printf("Received data from %s: %s\n", conn.RemoteAddr(), string(data))
// 回复消息给客户端
conn.Write([]byte("Hello from Go server!"))
// 处理完数据后结束连接
break
}
fmt.Println("TCP connection closed:", conn.RemoteAddr())
}
总结
- TCP 协议提供了可靠的传输方式，让数据的传输有了保障。
- Swoole 对连接的处理，是在进程中进行的。
- Go 语言针对每个连接，都分配了一个协程进行处理，提高了服务的处理能力。
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