Swoole与Go系列教程之TCP服务的应用

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容器服务 Serverless 版 ACK Serverless,952元额度 多规格
简介: 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。

大家好,我是码农先森。

写在前面

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。

请在此添加图片描述

  • 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。

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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。

请在此添加图片描述

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

  1. 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
  2. 使用$server->on('connect', function ($server, $fd) { ... });监听TCP连接事件。
  3. 当有新的TCP连接建立时,会执行回调函数内的代码。回调函数中,将打印出新连接的文件描述符($fd)。
  4. 使用$server->on('receive', function ($server, $fd, $fromId, $data) { ... });监听TCP数据接收事件。
  5. 使用$server->on('close', function ($server, $fd) { ... });监听TCP连接关闭事件。
  6. 当有TCP连接关闭时,会执行回调函数内的代码。回调函数中,将打印出关闭连接的文件描述符($fd)。
  7. 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

  1. 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。
  2. 使用listener.Accept()函数接受客户端的连接请求。
  3. 对于每个连接请求,使用handleConnection(conn)函数处理连接。
  4. 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。
  5. 初始化一个缓冲区buffer,使用conn.Read()函数从连接中读取数据
  6. 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

  1. TCP 协议提供了可靠的传输方式,让数据的传输有了保障。
  2. Swoole 对连接的处理,是在进程中进行的。
  3. 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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