网络模型选择
- 传输层协议：
- TCP：由于对丢包率和延迟有严格要求，TCP是一个较好的选择。TCP提供可靠的、面向连接的数据传输，通过确认机制、重传机制等保证数据的完整性，能有效降低丢包率。它会在发送端和接收端之间建立一条虚拟的连接，在数据传输前进行三次握手，传输过程中确保按序交付。例如，在金融交易数据传输等场景，数据的准确性至关重要，TCP能满足需求。
- UDP结合可靠传输机制：如果对延迟要求极高，也可考虑UDP，并自行实现可靠传输机制。UDP无连接，头部开销小，传输速度快，但不保证数据的可靠交付。可通过在应用层实现确认、重传等机制来保证数据的可靠性，如使用RDT（可靠数据传输）协议的思想，为每个数据包编号，接收端对收到的数据包进行确认，发送端根据确认信息决定是否重传。
- 网络层协议：
- IPv4/IPv6：目前IPv4广泛使用，但IPv6具有更大的地址空间、更好的安全性等优势。在复杂网络拓扑环境下，若涉及到大量设备接入或对网络安全性有较高要求，IPv6是不错的选择。同时，要考虑网络中是否存在IPv4和IPv6混合的情况，可能需要采用隧道技术等进行过渡和兼容。
套接字参数调优
- TCP套接字参数：
- TCP_NODELAY：设置为True，禁用Nagle算法。Nagle算法会将小的数据包合并发送以提高网络利用率，但这可能增加延迟。在实时数据传输场景下，需要及时发送数据，禁用该算法可减少延迟。例如：
import socket
sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
sock.setsockopt(socket.IPPROTO_TCP, socket.TCP_NODELAY, 1)
- SO_RCVBUF和SO_SNDBUF：调整接收和发送缓冲区大小。合适的缓冲区大小能提高数据传输效率。可通过实验或根据网络环境计算出最优值。例如，对于高带宽网络，增大缓冲区可以减少数据传输的中断次数。
# 设置接收缓冲区大小为64KB
sock.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_RCVBUF, 65536)
# 设置发送缓冲区大小为32KB
sock.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_SNDBUF, 32768)
- UDP套接字参数：
- SO_RCVBUF和SO_SNDBUF：同样需要根据网络情况调整，以适应实时数据的快速接收和发送。例如，对于实时视频流的UDP传输，较大的接收缓冲区可以防止因瞬间大量数据到达而导致丢包。
- SO_BROADCAST：如果需要进行广播传输（在某些复杂网络拓扑下可能会用到），设置该选项为True，允许套接字发送广播消息。
sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
sock.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_BROADCAST, 1)
数据处理机制
- 数据分块与组装：
- 发送端：将大数据拆分成合适大小的数据包进行发送。数据包大小要考虑网络MTU（最大传输单元），避免数据包在网络中被分片。例如，在以太网中，MTU一般为1500字节，可将数据拆分成略小于该值的数据包。同时，为每个数据包添加序号、时间戳等元数据，方便接收端进行排序和处理。
- 接收端：根据数据包的序号对接收的数据进行排序组装。如果发现有丢包情况，根据时间戳等信息决定是否请求重传。例如，使用一个缓冲区来暂存接收到的数据包，按照序号进行整理，对于缺失的数据包及时向发送端发送重传请求。
- 流量控制：
- TCP：本身具备流量控制机制，通过接收端通告窗口（rwnd）来告知发送端自己的接收能力。发送端根据rwnd调整发送速率，防止接收端缓冲区溢出。
- UDP：在应用层实现流量控制。例如，接收端可以定期向发送端反馈自己的接收状态，发送端根据反馈信息调整发送速率。可以采用滑动窗口机制，发送端维护一个发送窗口，窗口大小根据接收端的反馈动态调整。
- 错误处理：
- 校验和：在数据包中添加校验和字段，接收端对接收到的数据包进行校验和验证，若校验失败则丢弃该数据包并请求重传。例如，使用CRC（循环冗余校验）算法计算校验和。
- 重传机制：发送端在一定时间内未收到接收端的确认信息（对于TCP）或检测到丢包（对于UDP应用层实现），则重传相应的数据包。可以采用指数退避算法来调整重传间隔，避免网络拥塞。例如，初始重传间隔为1秒，每次重传失败后间隔翻倍。
