计算机网络 | 应用层（6） -- 套接字编程

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目录

套接字编程：生成网络应用

基本概念

套接字（Socket）

工作原理

UDP 套接字编程

UDP（用户数据报协议）特点

流程

服务器端流程

客户端流程

TCP 套接字编程

TCP 特点

流程

服务器端流程

客户端流程

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套接字编程：生成网络应用

基本概念

套接字（Socket）

就像是不同计算机之间进行通信的 “端点”。每个套接字都有一个对应的 IP 地址和端口号，IP 地址用于标识网络中的计算机，而端口号则用于标识计算机上的特定应用程序。通过 IP 地址和端口号，数据可以准确地从一个套接字传输到另一个套接字。

工作原理

• 创建套接字：在通信的双方，首先需要创建一个套接字对象。这个套接字对象将作为数据传输的接口。
• 绑定地址：服务器端需要将套接字绑定到一个特定的 IP 地址和端口号上，以便客户端能够找到它。
• 监听连接：服务器端套接字开始监听指定端口，等待客户端的连接请求。
• 建立连接：客户端套接字尝试连接到服务器端的指定地址和端口。服务器端接受连接后，双方就建立了一个通信通道。
• 数据传输：连接建立后，双方可以通过套接字发送和接收数据。
• 关闭连接：通信结束后，双方关闭套接字，释放系统资源。

UDP 套接字编程

UDP（用户数据报协议）特点

• 客户端与服务器之间没有 “连接”，在发送数据之前没有握手过程。
• 发送方会明确地将目标 IP 地址和端口号附加到每个数据包上。
• 接收方会从接收到的数据包中提取发送方的 IP 地址和端口号。
• UDP 传输的数据可能会丢失，或者接收到的数据可能是乱序的。
• 从应用程序的角度来看，UDP 在客户端和服务器之间提供不可靠的字节组（“数据报”）传输。

流程

服务器端流程

1. 创建套接字：使用 socket(AF_INET, SOCK_DGRAM) 创建一个 UDP 套接字，AF_INET 表明采用 IPv4 地址族，SOCK_DGRAM 表示这是数据报套接字 。同时指定一个端口号 x ，用于监听客户端发来的数据报。
2. 读取数据报：服务器通过 serverSocket 等待接收来自客户端的数据报。UDP 数据报是独立的消息单元，服务器从该套接字接收这些单元。
3. 回复数据报：当服务器接收到客户端的数据报并处理后，要向客户端发送回复。回复时需要指定客户端的地址和端口号，以便客户端能正确接收，回复通过 serverSocket 发送出去。

客户端流程

1. 创建套接字：同样使用 socket(AF_INET, SOCK_DGRAM) 创建 UDP 套接字，客户端套接字用于与服务器通信。
2. 发送数据报：客户端创建一个包含目标服务器 IP 地址和端口号 x 的数据报，然后通过 clientSocket 将数据报发送给服务器。在发送数据报时，客户端不需要与服务器提前建立连接。
3. 读取数据报：客户端从 clientSocket 接收服务器发回的回复数据报。
4. 关闭套接字：通信完成后，客户端关闭 clientSocket ，释放相关资源。

TCP 套接字编程

TCP 特点

• 客户端必须与服务器建立联系，服务器进程必须首先处于运行状态，且服务器必须创建一个用于接收客户端连接的套接字（好比一扇 “门”）。
• 客户端通过创建一个 TCP 套接字，并指定服务器进程的 IP 地址和端口号与服务器建立联系。当客户端创建套接字时，客户端的 TCP 会与服务器的 TCP 建立连接。
• 当服务器收到客户端的连接请求时，服务器的 TCP 会创建一个新的套接字，供服务器进程与该特定客户端进行通信。这使得服务器能够与多个客户端进行通信，源端口号用于区分不同的客户端。
• 从应用程序的角度来看，TCP 在客户端和服务器之间提供可靠的、按序的字节流传输（就像一个 “管道”）。

流程

服务器端流程

1. 创建监听套接字：服务器使用 socket() 创建一个 TCP 套接字，并绑定到特定端口号 x ，这个套接字用于监听客户端的连接请求，就像在门口站岗，等待有人敲门。
2. 等待连接请求：通过 serverSocket.accept() 方法，服务器进入阻塞状态，一直等待客户端的连接请求。一旦有客户端请求连接，就会创建一个新的套接字 connectionSocket ，专门用于和这个客户端进行通信。这就好比门卫接待访客后，给访客安排一个单独的房间进行交流。
3. 读取请求与回复：使用 connectionSocket 读取客户端发送过来的请求信息，然后根据请求进行处理，并向 connectionSocket 写入回复信息发送给客户端。
4. 关闭连接套接字：通信结束后，关闭 connectionSocket ，释放相关资源。不过要注意，serverSocket 一般不会关闭，而是继续监听新的客户端连接请求。

客户端流程

1. 创建套接字并连接：客户端使用 socket() 创建一个 TCP 套接字，然后通过这个套接字向服务器的指定主机 ID 和端口号 x 发起连接请求，尝试与服务器建立连接。
2. 发送请求与接收回复：连接建立成功后，客户端通过 clientSocket 向服务器发送请求信息，然后等待并从 clientSocket 读取服务器返回的回复信息。
3. 关闭套接字：通信完成后，客户端关闭 clientSocket ，释放占用的资源。

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