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更新: 9/28/2025 字数: 0 字 时长: 0 分钟

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#todo

• 写博客
• go/net ✅ 2025-09-28

go中net包对于IP地址的转换过程

#go

将ip地址转换为32位的无符号整数(uint32)

package main

import (
	"encoding/binary"
	"fmt"
	"net"
)

// IPToUint32 将 IPv4 地址字符串转换为 uint32
func IPToUint32(ipStr string) (uint32, error) {
	// 1. 解析 IP 地址字符串
	ip := net.ParseIP(ipStr) //返回一个[]byte 切片
	if ip == nil {
		return 0, fmt.Errorf("invalid IP address format: %s", ipStr)
	}

	// 2. 获取 IPv4 地址的字节表示（4字节）
	// 注意：net.ParseIP 返回的是 16 字节的 IPv6 结构，
	// 对于 IPv4，其前 12 字节为零，我们需要取最后 4 字节。
	ip = ip.To4()
	if ip == nil {
		return 0, fmt.Errorf("IP address is not a valid IPv4 address: %s", ipStr)
	}

	// 3. 将 4 字节的切片转换为 uint32
	// 使用 binary.BigEndian (大端序) 或 LittleEndian (小端序) 来组合字节
	// 常见的网络字节序是 BigEndian。
	ipInt := binary.BigEndian.Uint32(ip)

	return ipInt, nil
}

socket api 的格式

• 地址格式 (Address Structure)：用于存储网络地址和端口号。

• 数据格式 (Data Flow)：Socket 传输的实际数据流或数据报的格式。

地址格式

Socket 在创建、绑定、连接时，必须知道通信另一端的地址信息，这些信息被封装在特定的 C 语言结构体中。最基本的通用结构是 struct sockaddr，包括ipv4和ipv6两种

IPv4 地址结构：struct sockaddr_in

用于 AF_INET (IPv4) 地址族。

字段	类型	描述
sin_family	short	地址族，必须设置为 AF_INET。
sin_port	unsigned short	端口号，必须以网络字节序（大端序）存储。
sin_addr	struct in_addr	IPv4 地址结构体，包含 32 位的 IP 地址，也以网络字节序存储。
sin_zero	char[8]	填充字段，用于使 sockaddr_in 的大小与 sockaddr 匹配，通常设置为零。

IPv6 地址结构：struct sockaddr_in6

用于 AF_INET6 (IPv6) 地址族。

字段	类型	描述
sin6_family	short	地址族，必须设置为 AF_INET6。
sin6_port	unsigned short	端口号，必须以网络字节序存储。
sin6_flowinfo	uint32_t	流标签和流量分类信息（IPv6 特有）。
sin6_addr	struct in6_addr	IPv6 地址结构体，包含 128 位的 IP 地址，也以网络字节序存储。
sin6_scope_id	uint32_t	作用域 ID，用于本地链路地址。

数据格式

Socket 传输的实际内容（数据）并没有统一的 “格式”，它的格式完全取决于你使用的传输协议和应用层协议。

A. 基于流的 Socket (SOCK_STREAM)

• 协议：TCP (Transmission Control Protocol)

• 格式：字节流 (Byte Stream)。

  • Socket 视角：数据被视为无边界的连续字节序列。

  • 应用层责任：由于 TCP 不保留消息边界，你需要自己定义应用层协议来区分消息的开始和结束（例如：使用固定长度的消息头、特定分隔符、或在消息头中包含消息长度）。

  • 例子：HTTP、SSH、FTP 等都建立在 TCP 字节流之上，它们各自定义了数据的格式（如 HTTP 请求头、响应体）。

B. 基于数据报的 Socket (SOCK_DGRAM)

• 协议：UDP (User Datagram Protocol)

• 格式：数据报 (Datagram)。

  • Socket 视角：数据以独立的、有边界的包的形式发送。

  • 特点：每个数据报都带有完整的地址信息，且是独立发送的。如果你发送 N 个数据报，接收方也会接收到 N 个数据报，不会出现粘包或分段。

  • 应用层责任：应用层通常直接将数据打包成单个 UDP 报文，无需担心粘包问题，但需要自行处理丢包和乱序问题。

  • 例子：DNS、NTP、多数实时游戏数据。

总结，一个 socket 端点在操作系统内核中维护了如下信息：

类型	包含内容	作用
地址族 (AF)	AF_INET 或 AF_INET6	决定使用 IPv4 还是 IPv6 协议。
类型 (Type)	SOCK_STREAM 或 SOCK_DGRAM	决定使用 TCP（流式）还是 UDP（数据报）。
协议号 (Protocol)	通常为 0 (自动选择)	决定使用哪个具体的底层协议。
本地地址	IP 地址 + 端口号	标识自己的网络端点（用于 bind）。
对端地址	IP 地址 + 端口号	标识连接或发送目标（用于 connect 或 sendto）。
状态	监听、已连接、关闭等	Socket 在生命周期中所处的阶段。

net将接口与IP地址建立连接的过程

客户端建立连接

使用 net.Dial 或 net.DialTimeout 函数

conn, err := net.Dial("tcp", "192.168.1.1:8080")
// 成功后，conn 就是一个 net.Conn 接口的实例 (底层是 *net.TCPConn)

net.Dial 的执行过程大致如下：

步骤	Go 抽象层面的操作	底层操作系统/网络操作
1. 解析地址	net.Dial 解析传入的网络类型（"tcp"）和目标地址（"192.168.1.1:8080"）。	-
2. 创建 Socket	Go 调用系统级的 API（如 socket()）。	操作系统在内核中创建一个客户端 Socket（一个文件描述符）。这个 Socket 已经具备了与网络通信的能力。
3. 发起握手	Go 调用系统级的 API（如 connect()）。	操作系统内核使用 TCP 三次握手的过程，向目标 IP 地址的端口发起连接： 1. SYN (同步) 包发送到服务器。 2. 收到服务器的 SYN-ACK 包。 3. 发送 ACK 包确认。
4. 连接成功	net.Dial 函数返回。	三次握手完成，连接状态从 SYN_SENT 变为 ESTABLISHED。
5. 封装	net.Dial 将这个已连接的 Socket 文件描述符封装进 Go 的 *net.TCPConn 结构体中。	-
6. 返回接口	Go 返回 net.Conn 接口。	应用程序现在可以通过这个接口进行读写操作。

服务端接受连接

在服务器端，建立连接的过程涉及到 net.Listen 和 net.Accept

// 1. 监听 Socket (Listening Socket)
listener, _ := net.Listen("tcp", "0.0.0.0:8080")

// 2. 循环等待新连接
for {
    // 阻塞等待，直到有新的客户端连接到来
    conn, err := listener.Accept()
    // 成功后，conn 就是一个 net.Conn 实例
}

• net.Listen：在服务器上创建一个监听 Socket，将其绑定到指定的 IP 地址和端口（例如 0.0.0.0:8080），并使其进入监听（LISTEN）状态。

• listener.Accept()：当客户端（通过 net.Dial）发来 TCP 连接请求后，服务器内核完成握手。Accept() 被调用时，内核会为这个新的已连接会话创建一个新的 Socket（文件描述符）。

• 返回 net.Conn：Accept() 将这个新的、已连接的 Socket 封装成 *net.TCPConn 结构体，并以 net.Conn 接口的形式返回给服务器程序。服务器线程随后就可以使用这个 net.Conn 来与客户端进行通信。

这个流程涉及到两个接口和一个结构体：

1.net.Listener 接口 (监听 Socket)：这个接口代表一个监听套接字（Listening Socket），主要用于服务器端程序，负责监听并接受传入的网络连接。

• 定义（核心方法）:

  • Accept() (Conn, error): 阻塞地等待并接受下一个传入的连接。成功后返回一个新的 net.Conn 实例。

  • Close() error: 关闭监听器。

• 实际类型:

  • 对于 TCP 监听，net.Listener 实际实现是 *net.TCPListener 结构体。

2.net.Conn 接口 (连接 Socket)：这是最核心的接口，代表一个通用的、面向连接的网络连接（如 TCP 连接）。它抽象了数据流的读写操作。

• 定义（核心方法）:

  • Read(b []byte) (n int, err error): 从连接中读取数据。

  • Write(b []byte) (n int, err error): 向连接中写入数据。

  • Close() error: 关闭连接。

• 实际类型:

  • 对于 TCP 连接，net.Conn 实际实现是 *net.TCPConn 结构体。

  • 对于 UDP 连接，net.Conn 实际实现是 *net.UDPConn 结构体（尽管 UDP 是无连接的，但 Go 仍然将其包装在 net.Conn 接口中以便进行读写）。

3.net.TCPAddr / net.UDPAddr (地址结构体)：些结构体用于表示网络连接的地址信息（IP 地址和端口号）。

type TCPAddr struct {
    IP   IP
    Port int
    Zone string // for IPv6
}

Go 语言通过接口来解耦和抽象 Socket 概念，而不是依赖一个单一的 socket 结构体：

抽象概念	Go 接口/结构体	作用
已连接的 Socket	net.Conn	用于读写数据流（客户端和服务端通信的通道）
监听 Socket	net.Listener	用于等待和接受新的连接（服务器监听端口）
具体连接类型	*net.TCPConn, *net.UDPConn	net.Conn 接口的底层实现
地址信息	net.TCPAddr, net.IP	标识 Socket 的 IP 和端口

详解 Accept() 操作

• Go层的阻塞和等待
• 底层系统调用 accept4() 或 accept()
• 返回和封装

用了 I/O 多路复用（在 Linux 上通常是 epoll）的机制来管理大量的并发连接，使得一个 Goroutine 可以高效地处理多个 Socket 事件，而不是为每个连接都创建一个重量级的操作系统线程。

角色	关键操作	结果/目的
应用层 (Go)	调用 listener.Accept()	Goroutine 逻辑阻塞，等待网络事件。
OS 内核	接收到客户端的 TCP 三次握手。	将新连接放入监听 Socket 的完成队列。
Go Net Poller	发现监听 Socket 有新数据（新连接）。	唤醒阻塞的 Goroutine。
应用层 (Go)	发起 accept() 系统调用。	内核创建新的 Socket 文件描述符。
应用层 (Go)	封装并返回 net.Conn 实例。	服务器获得与客户端通信的通道。