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Golang 网络编程丝绸之路 - TCP/UDP 地址解析

TL;DR 在使用 Golang 编写 TCP/UDP socket 的时候，第一步做的就是地址解析。

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该函数返回的地址包含的信息如下：

TCPAddr 里， IP 既可以是 IPv4 地址，也可以是 IPv6 地址。 Port 就是端口了。 Zone 是 IPv6 本地地址所在的区域。

从返回结果看该函数的参数， network 指 address 的网络类型； address 指要解析的地址，会从中解析出我们想要的 IP , Port 和 Zone 。

从源码中可以看出，参数 network 只能是如下四个值，否则会得到一个错误。

解析过程跟 ResolveTCPAddr 的一样，不过得到的是 *UDPAddr 。

UDPAddr 包含的信息如下：

点云数据UDP数据包解析算法举例

# fill pcl msg

fields = [PointField('x', 0, PointField.FLOAT32, 1),

PointField('y', 4, PointField.FLOAT32, 1),

PointField('z', 8, PointField.FLOAT32, 1),

PointField('intensity', 12, PointField.FLOAT32, 1)]

包括激光点的三维坐标、多次回波信息、强度信息、扫描角度、分类信息、飞行航带信息、飞行姿态信息、项目信息、GPS信息、数据点颜色信息等

C–class（所属类）

F一flight（航线号）

T一time（GPS时间）

I一intensity（回波强度）

R一return（第几次回波）

N一number of return（回波次数）

A一scan angle（扫描角）

RGB一red green blue（RGB颜色值）

点云数据UDP数据包解析算法举例

以某一个UDP数据包中Block 3中的Channel 5为例,具体的线束分布请参考附录I:

1)由附录I可知,Channel 5对应的水平角度偏移量为-1.042°,垂直角度为3.04°。

2)水平角度为转子此时的角度加上水平角度偏移量=(Azimuth Angle 3+(-1.042))度

(注意 我们定义从上往下看时,顺时针为水平角度正方向)。

3)解析UDP包Channel 5 Unit 3的值,其高位2个bytes构成的距离值乘以4mm即可得到以毫米为单位的真实世界的测距值。

至此,这一个测距点表示的测距方向和测距距离都得到了解析,可以在极坐标系或者直角坐标系中画出此次测距对应的障碍物点位置。对每个UDP包中所有的测距数据都做这样的解析,即可画出实时的激光雷达测距点云。

3.2 GPS数据UDP包

每一个GPS数据包都含有42 bytes以太网包头及512 bytes UDP数据。所有的多字节值均为小端字节序Little Endian。GPS数据包每秒被触发一次,端

口10110。

在接收到GPS数据前,激光雷达内部的1Hz的信号上升沿会触发一个GPS数据包。GPS数据包中的初始时间为000101000000(yymmddhhmmss,年,

月,日,时,分,秒)。如果GPRMC信息在开始时没有被提供,此非真实的GPS时间会随着内部1Hz信号更新。如果雷达接收到PPS信号和GPRMC数

据,本地的1Hz信号会被锁定到PPS信号。GPS数据包还是通过内部1Hz信号上升沿触发。同时,GPS数据包中的时间会被更新为GPRMC信息中的真实

时间。

GPS模块首先会发送PPS信号,再发送GPRMC信息。雷达可以从中提取出UTC信息,并把6 bytes的UTC时间(年:月:日:时:分:秒)输入到点云

数据包中。用户可以通过相加点云数据包中4 bytes的时间戳和6 bytes的UTC时间来获得此数据包的绝对时间。

一旦雷达获取到GPS信号,数据包中的GPS时间就会根据接收到的GPRMC信息进行更新。如果GPS模块停止发送数据,雷达依然会根据内部1Hz信号上

升沿触发GPS数据包,并且数据包中GPS时间会根据之前得到的真实GPS时间计时。

Go 语言自我提升 (三次握手 - 四次挥手 - TCP状态图 - udp - 网络文件传输)

三次握手：

1. 主动发起连接请求端（客户端），发送 SYN 标志位，携带数据包、包号

2. 被动接收连接请求端（服务器），接收 SYN，回复 ACK，携带应答序列号。同时，发送SYN标志位，携带数据包、包号

3. 主动发起连接请求端（客户端），接收SYN 标志位，回复 ACK。

被动端（服务器）接收 ACK —— 标志着 三次握手建立完成（ Accept()/Dial() 返回 ）

四次挥手：

1. 主动请求断开连接端（客户端）， 发送 FIN标志，携带数据包

2. 被动接受断开连接端（服务器）， 发送 ACK标志，携带应答序列号。 —— 半关闭完成。

3. 被动接受断开连接端（服务器）， 发送 FIN标志，携带数据包

4. 主动请求断开连接端（客户端）， 发送 最后一个 ACK标志，携带应答序列号。—— 发送完成，客户端不会直接退出，等 2MSL时长。

等 2MSL待目的：确保服务器 收到最后一个ACK

滑动窗口：

通知对端本地存储数据的 缓冲区容量。—— write 函数在对端 缓冲区满时，有可能阻塞。

TCP状态转换：

1. 主动发起连接请求端：

CLOSED —— 发送SYN —— SYN_SENT(了解) —— 接收ACK、SYN，回发 ACK —— ESTABLISHED (数据通信)

2. 主动关闭连接请求端：

ESTABLISHED —— 发送FIN —— FIN_WAIT_1 —— 接收ACK —— FIN_WAIT_2 (半关闭、主动端)

—— 接收FIN、回复ACK —— TIME_WAIT (主动端) —— 等 2MSL 时长 —— CLOSED

3. 被动建立连接请求端：

CLOSED —— LISTEN —— 接收SYN、发送ACK、SYN —— SYN_RCVD —— 接收 ACK —— ESTABLISHED (数据通信)

4. 被动断开连接请求端：

ESTABLISHED —— 接收 FIN、发送 ACK —— CLOSE_WAIT —— 发送 FIN —— LAST_ACK —— 接收ACK —— CLOSED

windows下查看TCP状态转换：

netstat -an | findstr  端口号

Linux下查看TCP状态转换：

netstat -an | grep  端口号

TCP和UDP对比: 

TCP: 面向连接的可靠的数据包传递。 针对不稳定的 网络层，完全弥补。ACK

UDP：无连接不可靠的报文传输。 针对不稳定的 网络层，完全不弥补。还原网络真实状态。

优点                                                             缺点

TCP： 可靠、顺序、稳定                                      系统资源消耗大，程序实现繁复、速度慢

UDP：系统资源消耗小，程序实现简单、速度快                          不可靠、无序、不稳定

使用场景：

TCP：大文件、可靠数据传输。 对数据的 稳定性、准确性、一致性要求较高的场合。

UDP：应用于对数据时效性要求较高的场合。 网络直播、电话会议、视频直播、网络游戏。

UDP-CS-Server实现流程：

1.  创建 udp地址结构 ResolveUDPAddr(“协议”， “IP：port”) —— udpAddr 本质 struct{IP、port}

2.  创建用于 数据通信的 socket ListenUDP(“协议”, udpAddr ) —— udpConn (socket)

3.  从客户端读取数据，获取对端的地址 udpConn.ReadFromUDP() —— 返回：n，clientAddr， err

4.  发送数据包给 客户端 udpConn.WriteToUDP("数据"， clientAddr)

UDP-CS-Client实现流程：

1.  创建用于通信的 socket。 net.Dial("udp", "服务器IP：port") —— udpConn (socket)

2.  以后流程参见 TCP客户端实现源码。

UDPserver默认就支持并发！

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命令行参数： 在main函数启动时，向整个程序传参。 【重点】

语法： go run xxx.go   argv1 argv2  argv3  argv4 。。。

xxx.exe:  第 0 个参数。

argv1 ：第 1 个参数。

argv2 ：第 2 个参数。

argv3 ：第 3 个参数。

argv4 ：第 4 个参数。

使用： list := os.Args  提取所有命令行参数。

获取文件属性函数：

os.stat(文件访问绝对路径) —— fileInfo 接口

fileInfo 包含 两个接口。

Name() 获取文件名。 不带访问路径

Size() 获取文件大小。

网络文件传输 —— 发送端（客户端）

1.  获取命令行参数，得到文件名（带路径）filePath list := os.Args

2.  使用 os.stat() 获取 文件名（不带路径）fileName

3.  创建 用于数据传输的 socket  net.Dial("tcp"， “服务器IP+port”) —— conn

4.  发送文件名(不带路径)  给接收端， conn.write()

5.  读取 接收端回发“ok”，判断无误。封装函数 sendFile(filePath, conn) 发送文件内容

6.  实现 sendFile(filePath,  conn)

1) 只读打开文件 os.Open(filePath)

for {

2) 从文件中读数据  f.Read(buf)

3) 将读到的数据写到socket中  conn.write(buf[:n])

4）判断读取文件的 结尾。 io.EOF. 跳出循环

}

网络文件传输 —— 接收端（服务器）

1. 创建用于监听的 socket net.Listen() —— listener

2. 借助listener 创建用于 通信的 socket listener.Accpet()  —— conn

3. 读取 conn.read() 发送端的 文件名， 保存至本地。

4. 回发 “ok”应答 发送端。

5. 封装函数，接收文件内容 recvFile(文件路径)

1) f = os.Create(带有路径的文件名)

for {

2）从 socket中读取发送端发送的 文件内容 。 conn.read(buf)

3)  将读到的数据 保存至本地文件 f.Write(buf[:n])

4)  判断 读取conn 结束， 代表文件传输完成。 n == 0  break

}

golang udp编程

用户数据报协议（User Datagram Protocol，缩写为UDP），又称用户数据报文协议，是一个简单的面向数据报(package-oriented)的传输层协议，正式规范为RFC 768。

UDP只提供数据的不可靠传递，它一旦把应用程序发给网络层的数据发送出去，就不保留数据备份（所以UDP有时候也被认为是不可靠的数据报协议）。

UDP在IP数据报的头部仅仅加入了复用和数据校验。

由于缺乏可靠性且属于非连接导向协议，UDP应用一般必须允许一定量的丢包、出错和复制粘贴。

1 在接收udp包时，如果接收包时给定的buffer太小的话，就要自己解决粘包问题。

2 udp包的发送和接收不保证一定成功，不保证按正确顺序抵达。

3 如果不允许丢包的情况出现的话，要有重发机制来保证，如：反馈机制确认。

服务端

客户端