基于 TCP 的文件传输：开发者实用指南
Source: Dev.to
介绍
每次下载文件、观看视频流或在设备之间同步数据时，可靠的文件传输都在后台悄悄进行。支撑这种可靠性的核心是 TCP（传输控制协议），它是一种网络协议，确保你的数据完整且按顺序到达。
对于开发者来说，了解如何实现 TCP 文件传输不仅是理论知识——它是支撑从 HTTP 到自定义实时应用程序的一切基础。在本指南中，我们将使用 Node.js 构建一个 实用的 TCP 文件传输系统，探讨套接字和流是如何协同工作，以可靠地在网络间移动数据。
阅读完本指南后，你将拥有可运行的 TCP 服务器和客户端代码，能够实现文件的无缝传输。
TCP 与套接字，简化版
把 TCP 想象成一种可靠的快递服务，用来传输你的数据。不同于 UDP（就像把明信片扔过围墙，盼望它们能到达），TCP 能保证数据送达、保持顺序，并在数据包丢失时进行重传。
套接字（Sockets） 是通信端点——可以把它们想象成两个应用之间的专用电话线。当你的客户端套接字连接到服务器套接字时，它们就建立了一条可靠的双向数据通道。
关键概念： 在 Node.js 中，net 模块提供了这种套接字编程能力，让你能够创建 TCP 服务器和客户端，而无需处理底层网络细节。
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构建 TCP 服务器
下面演示如何构建一个接收客户端文件的 TCP 服务器：
import { createWriteStream } from "node:fs";
import net from "node:net";
const clientsList = [];
const server = net.createServer((socket) => {
clientsList.push(socket);
const writeStream = createWriteStream("OpsDev.png");
socket.pipe(writeStream);
socket.on("close", () => {
console.log(socket.remoteAddress, ": Client disconnected");
});
socket.on("error", () => {
console.log("Client Lost");
});
console.log("Client Connected", socket.remoteAddress);
});
server.listen(8080, "0.0.0.0", () => {
console.log("Server started on port 8080");
});逐项解析
net.createServer(callback)– 创建一个 TCP 服务器。每当有客户端连接时，回调函数会被调用，并提供该连接的socket对象。clientsList数组 – 用于跟踪所有已连接的客户端。在需要向多个客户端广播消息或管理连接的场景中非常有用。socket.pipe(writeStream)– 将网络套接字收到的数据直接管道到文件写入流。Node.js 流会自动处理缓冲和背压，无需手动分块。- 事件监听器
'close'在客户端正常断开连接时触发。'error'处理网络故障等连接问题。
server.listen(8080, "0.0.0.0")– 将服务器绑定到所有网络接口的 8080 端口，使其可以被其他机器访问。
工作流程： 客户端连接 → 服务器创建 socket → 传入的数据自动写入 OpsDev.png → 传输完成后关闭连接。
构建 TCP 客户端
现在让我们构建发送文件的客户端：
import { createReadStream, createWriteStream } from "node:fs";
import net from "node:net";
process.stdin.on("data", (input) => {
const inputString = input.toString().trim();
if (inputString === "send") {
const readStream = createReadStream("/Users/sudipos/Desktop/DevOps.png");
readStream.pipe(socket);
readStream.on("end", () => {
console.log("File ended");
});
}
});
const socket = net.createConnection({ host: "172.168.29.148", port: 8080 });
const writeStream = createWriteStream("/Users/sudipos/Desktop/OpsDev.png");
socket.on("error", () => {
console.log("Server Lost");
});细分说明
net.createConnection()– 在指定的 IP 地址和端口上建立 TCP 套接字连接。这是客户端专用的通道。process.stdin.on('data')– 监听终端输入。当你输入send并回车时，会触发文件传输，让你手动控制何时发送文件。createReadStream(filePath)– 打开一个可读流，从源文件中读取数据。流会以块的形式读取，能够在处理大文件时保持低内存占用。readStream.pipe(socket)– 将文件数据直接管道到 TCP 套接字。文件读取的每个块都会自动作为 TCP 包发送到服务器。readStream.on('end')– 当整个文件读取完毕并发送完毕时触发，确认传输已完成。
流程： 客户端连接 → 你输入 send → 文件分块读取 → 数据通过套接字流动 → 服务器接收并写入磁盘。
如何整体配合
以下是 TCP 文件传输的完整数据流程：
客户端 → createReadStream 读取文件字节 → pipe() 将块发送到套接字 → TCP 层将数据拆分为数据包
网络层 → TCP 处理数据包传输、确认、重传和排序
服务器端 → TCP 重新组装数据包 → 套接字接收字节流 → pipe() 将块写入 createWriteStream → 文件保存到磁盘
可视化流程
[Source File] → [Read Stream] → [Client Socket]
↓
[TCP Network]
↓
[Destination File] ← [Write Stream] ← [Server Socket]Node.js 流的优势在于它们会自动处理 背压。如果服务器写入磁盘的速度不够快，客户端的读取流会暂停，直到服务器跟上——不会丢失数据。
开发者关键考虑事项
- 错误处理: 始终为套接字和流附加
'error'监听器，以避免未捕获的异常。 - 优雅关闭: 在传输完成或收到终止信号时，干净地关闭套接字和流（
socket.end()、stream.close()）。 - 安全性: 使用 TLS（
tls模块）进行加密传输，尤其是在不受信任的网络上。 - 可扩展性: 对于大量并发上传，考虑限制并发连接数或使用队列系统。
- 文件完整性: 验证传输的文件（例如校验和），确保在传输过程中未发生损坏。
错误处理
- 健壮的错误处理 – 如果文件不存在怎么办？如果网络在传输中途掉线怎么办？
始终将操作包装在try…catch块中，并处理流错误。
安全
- 这个纯 TCP 实现会发送 unencrypted（未加密）的数据。网络上的任何人都可以拦截数据包。
在生产环境中，请使用 TLS/SSL（通过 Node 的tls模块）或更高级的协议，如 HTTPS 或 SFTP。
文件完整性
- 考虑添加校验和（MD5，SHA‑256），以验证接收的文件与原始文件匹配。
TCP 可以防止损坏，但应用层验证提供了另一层安全保障。
可扩展性
clientsList数组会随连接数量增长。
对于高流量服务器，实施连接池和清理逻辑以防止内存泄漏。
协议演进
- 这一本质阐释了 HTTP、FTP 和 WebSocket 等协议在底层的工作方式。
例如，HTTP 只是在 TCP 上传输结构化的文本消息。
理解原始套接字有助于调试和优化更高级别的协议。
结论
通过 TCP 传输文件可能看起来很复杂，但正如你所看到的，Node.js 使用 net 模块和流让这变得异常简单。你现在拥有一个可工作的客户端‑服务器系统，能够可靠地在网络间移动数据——这正是你日常使用的应用程序所采用的基本方法。
下一步
- 尝试代码 – 尝试传输不同类型的文件。
- 添加进度指示器。
- 实现断点续传功能，用于中断的传输。
每项增强都会加深您对网络编程和流媒体架构的理解。掌握 TCP 和套接字编程的最佳方式是构建、破坏、再构建。从这些示例开始，您很快就能构建出健壮的实时网络应用程序。