网络编程

一、网络概念

官方解释：网络是指一组彼此连接并能够相互发送数据的主机

1. 以访问一个网站为例

浏览器输入网址“www.baidu.com”

1. 解析域名。www.baidu.com是域名，需要找到对应的IP。
   • 先去本地Host查看是否有对应域名的IP，查询到就返回
   • 查询不到就访问DNS服务器，向上级层层发送请求直到查询到IP，然后返回对应域名地址
2. 请求服务。将获得的IP等端口信息进行Tcp封包，使用自身网卡将封包的数据通过wifi或蜂窝数据网络等发送给网络节点，经过一系列有协议的传输到达目标服务器。之后目标服务器发送服务，浏览器根据数据渲染界面

所有的通信网络设备都有一个IP地址，并且网络设备都是通过一根线连接起来进行通信，通信必须符合规则（也就是协议）。根据通信规模的大小，粗略划分为广域网WAN 和局域网LAN。互联网的核心是”互联网协议“，为了实现统一的标准，定义了OSI模型

层次	核心作用	设备/协议	数据单位	通俗类比
7. 应用层	直接给用户 / 应用程序提供网络服务（比如浏览网页、发邮件）	HTTP、HTTPS、FTP、SMTP、DNS	应用数据（报文）	用户（寄件人 / 收件人）：明确要寄的东西
6. 表示层	处理数据的 “格式转换 + 加密”（比如把文字转成字节、HTTPS 加密数据）	加密算法（AES/RSA）、字符编码（UTF-8）	应用数据（经处理）	把物品打包、加密
5. 会话层	建立 / 维护 / 终止 “通信会话”（比如确认双方是否在线、断开连接时清理资源）	TCP 会话、RPC（远程调用）	应用数据	确认寄件 / 收件人身份、协调运输时机
4. 传输层	负责 “端到端的可靠传输”（比如确保数据不丢失、不重复、按顺序到达）	TCP（可靠）、UDP（不可靠）	段（Segment）	选择运输方式（顺丰 = TCP，普通快递 = UDP）、跟踪包裹
3. 网络层	负责 “跨网段路由”（找数据从 A 到 B 的最佳路径)	IP、路由器、ICMP（ping 命令用的）	分组（Packet）	根据地址选路线（北京→上海→杭州）
2. 数据链路层	把网络层的数据包转成物理信号，处理局域网内的设备识别	交换机、MAC 地址、以太网协议（Ethernet）	帧（Frame）	投递快递（按门牌号 = MAC 地址）
1. 物理层	把二进制数据转成电信号 / 光信号，通过网线、光纤等介质传递	网卡、网线、光纤、集线器、Wi-Fi 信号	比特（Bit）	卡车+ 公路

2. TCP/IP模型

OSI模型主要用于理论，互联网常见实用的模型是TCP/IP模型，它们两个可以类比但实际不一样

3. 软硬件角度

程序员只需要在客户端/服务端完成代码的工作，并且调用套接字接口即可。TCP/IP封装在了内核代码中，之后的一系列底层操作都不用管

二、网络编程

网络编程就是基于各种协议，让数据在网络设备中传输和通信。简单说，就是写代码让两台（或多台）设备 “对话”，支撑网页访问、聊天、文件传输等所有网络功能

TCP编程

 基于TCP 协议（可靠、面向连接），通过 Socket 接口实现客户端与服务器的双向通信

服务端

• 监听端口
• 接受客户端请求建立连接
• 创建协程处理连接

package main  
  
import (  
    "bufio"  // 提供带缓冲的读写工具，提升IO操作效率（尤其适合频繁小数据读写）  
    "log"    // 日志输出包，自带时间戳，比fmt更适合调试和记录程序运行状态  
    "net"    // 网络编程核心包，提供TCP/UDP监听、连接、读写等底层能力  
)  
  
// main函数：程序入口，TCP服务器的核心启动逻辑  
func main() {  
    // 1. 创建TCP监听器，绑定本地地址和端口  
    // 参数1: "tcp" 指定使用TCP协议  
    // 参数2: "127.0.0.1:20000" 监听地址，127.0.0.1是本地回环地址（仅本机可访问），20000是端口号  
    // 返回值listen: 监听器对象，用于后续接受客户端连接；err: 监听过程中的错误（如端口被占用）  
    listen, err := net.Listen("tcp", "127.0.0.1:20000")  
    if err != nil {  
       // 监听失败则打印日志并终止程序（log.Fatal等价于log.Print+os.Exit(1)）  
       log.Fatal(err)  
    }  
  
    // 2. 无限循环接受客户端连接（服务器持续运行，永不退出）  
    for {  
       // 阻塞等待客户端连接：程序运行到这里会暂停，直到有客户端发起连接请求  
       // 返回值conn: 连接对象，代表服务器与当前客户端的双向通信通道；err: 连接建立过程中的错误  
       conn, err := listen.Accept()  
       if err != nil {  
          // 连接建立失败（如客户端异常断开），打印日志后继续等待下一个连接  
          // 注意：生产环境建议用log.Println而非log.Fatal，避免单个连接失败导致服务器崩溃  
          log.Println("接受客户端连接失败:", err)  
          continue // 跳过当前错误连接，继续等待下一个  
       }  
  
       // 3. 启动协程（goroutine）处理当前客户端的通信逻辑  
       // 关键点：协程轻量高效，使服务器能同时处理多个客户端连接（并发核心）  
       // 每个客户端连接对应一个独立协程，互不干扰（比如同时处理100个客户端就启动100个协程）  
       go process(conn)  
    }  
}  
  
// process函数：处理单个客户端的读写通信逻辑（每个客户端连接对应一个协程执行此函数）  
// 参数conn: 与客户端的连接对象，通过它实现数据读写  
func process(conn net.Conn) {  
    // 延迟关闭连接：函数执行完毕（无论正常结束还是异常退出）时自动关闭conn  
    // 必须添加！避免客户端断开后服务器连接资源泄漏（端口、内存占用）  
    defer conn.Close()  
  
    // 无限循环读取客户端发送的数据（持续与客户端通信，直到连接断开）  
    for {  
       // 1. 基于连接创建带缓冲的读取器：减少系统调用次数，提升小数据读取效率  
       reader := bufio.NewReader(conn)  
  
       // 2. 定义数据缓冲区：用于存储从客户端读取的字节数据  
       // [1024]byte：创建固定大小为1024字节的数组，最多一次读取1024字节（超出部分分多次读取）  
       var buf [1024]byte  
  
       // 3. 从客户端读取数据到缓冲区：阻塞等待客户端发送数据  
       // 返回值n: 实际读取到的字节数；err: 读取过程中的错误（如客户端断开连接）  
       n, err := reader.Read(buf[:]) // buf[:]将数组转为切片，满足Read函数的参数要求  
       if err != nil {  
          // 读取失败（如客户端主动断开连接），打印日志后跳出循环，结束当前客户端的处理  
          log.Println("读取客户端数据失败:", err)  
          break  
       }  
  
       // 4. 将读取到的字节数据转为字符串（方便打印和处理）  
       v := string(buf[:n]) // 只取前n个字节（避免缓冲区剩余的空字符干扰）  
  
       // 5. 打印客户端发送的数据（包含客户端地址，方便调试）  
       log.Printf("接收到客户端[%s]的信息：%s \n", conn.RemoteAddr(), v)  
  
       // 6. 将收到的数据原封不动回传给客户端（实现"回声服务"：客户端发什么，服务器回什么）  
       // buf[:n]：只发送实际读取到的n个字节，避免发送缓冲区中的空字符  
       _, err = conn.Write(buf[:n])  
       if err != nil {  
          log.Println("向客户端回复数据失败:", err)  
          break  
       }  
    }  
}

客户端

• 建立和服务端的连接
• 收发消息
• 关闭连接

package main  
  
import (  
    "bufio"  
    "log"
    "net"    
    "os"    
    "strings"
    )  
  
func main() {  
    // 建立与服务器的TCP连接（目标：本地20000端口）  
    conn, err := net.Dial("tcp", "127.0.0.1:20000")  
    if err != nil {  
       log.Fatal("连接服务器失败: ", err) // 连接失败直接终止（比如服务器没启动）  
    }  
    defer conn.Close() // 程序退出前自动关闭连接，避免资源泄漏  
  
    // 创建终端输入读取器（读取用户在控制台输入的内容）  
    input := bufio.NewReader(os.Stdin)  
    log.Println("客户端启动成功，输入消息发送给服务器（输入Q退出）：")  
  
    for {  
       // 1. 读取终端输入（直到用户按下回车键，包含\n）  
       readString, err := input.ReadString('\n')  
       if err != nil {  
          log.Printf("读取输入失败: %v", err)  
          break  
       }  
  
       // 2. 处理输入：去掉首尾的换行符（\r\n），避免多余字符  
       inputInfo := strings.Trim(readString, "\r\n")  
  
       // 3. 输入Q（不区分大小写）则退出循环，关闭连接  
       if strings.ToUpper(inputInfo) == "Q" {  
          log.Println("客户端主动退出")  
          break  
       }  
  
       // 4. 发送处理后的有效数据给服务器  
       _, err = conn.Write([]byte(inputInfo))  
       if err != nil {  
          log.Printf("发送数据失败: %v", err)  
          break  
       }  
  
       // 5. 读取服务器的回复（最多读1024字节）  
       var buf [1024]byte  
       n, err := conn.Read(buf[:])  
       if err != nil {  
          log.Printf("与服务器通信异常: %v", err)  
          break  
       }  
  
       // 6. 打印服务器的有效回复（只取实际读取到的n字节）  
       log.Printf("客户端接受到的内容: %s", string(buf[:n]))  
    }  
}

检验