Socket 是網絡通信的核心技術之一，充當應用程序與網絡協議棧之間的接口。
1. Socket 定義
Socket（套接字）是操作系統提供的 網絡通信抽象層，允許應用程序通過標準接口（如 TCP/IP 或 UDP）進行數據傳輸。它本質上是 IP地址 + 端口號 的組合，用于標識網絡中的唯一通信端點。
2. Socket 類型
根據協議和通信模式，Socket 主要分為三類：
| 類型 | 協議 | 特點 |
|---|---|---|
| 流式 Socket (SOCK_STREAM) | TCP | 面向連接、可靠傳輸、數據按順序到達，適合文件傳輸、網頁瀏覽等場景。 |
| 數據報 Socket (SOCK_DGRAM) | UDP | 無連接、不可靠傳輸、數據可能亂序或丟失，適合實時視頻、在線游戲等場景。 |
| 原始 Socket (SOCK_RAW) | 底層協議 | 直接操作IP層數據包，用于自定義協議或網絡探測（如 Ping、路由跟蹤）。 |
3. Socket 通信流程
服務器端流程：
- 創建 Socket：socket()
- 初始化一個 Socket 對象，指定協議族（如 IPv4）和類型（如 TCP）。
- 綁定地址：bind()
- 將 Socket 與 IP 地址和端口綁定（如 0.0.0.0:8080）。
- 監聽連接：listen()
- 進入監聽狀態，等待客戶端連接。
- 接受連接：accept()
- 接受客戶端連接請求，返回一個新的 Socket 用于與客戶端通信。
- 數據傳輸：send()/recv()
- 通過新 Socket 與客戶端收發數據。
- 關閉連接：close()
- 通信完成后關閉 Socket。
客戶端流程：
- 創建 Socket：socket()
- 發起連接：connect()
- 向服務器地址（如 192.168.1.100:8080）發起連接請求。
- 數據傳輸：send()/recv()
- 關閉連接：close()
4. Socket 編程模型
- 阻塞模式：默認模式，函數調用（如 recv()）會阻塞線程直到操作完成。
- 非阻塞模式：函數立即返回，需輪詢或結合多路復用技術（如 select、epoll）檢查狀態。
- 多路復用技術：高效管理多個 Socket 連接，常見方法：
- select()：跨平臺但性能一般。
- epoll()（Linux）：高性能，支持水平觸發（LT）和邊緣觸發（ET）。
- kqueue()（BSD/macOS）：類似 epoll。
- IOCP（Windows）：基于完成端口的異步模型。
5. 關鍵概念
- 地址結構：如 sockaddr_in（IPv4）或 sockaddr_in6（IPv6），包含 IP 和端口信息。
- 字節序轉換：
- 使用 htonl()、htons() 等函數將主機字節序轉為網絡字節序（大端序）。
- 超時設置：通過 setsockopt() 設置 SO_RCVTIMEO 或 SO_SNDTIMEO 控制收發超時。
6. 跨平臺差異
- Linux/Unix：遵循 POSIX 標準，頭文件 <sys/socket.h>。
- Windows：使用 Winsock API，需包含 <winsock2.h> 并初始化 WSA（WSAStartup()）。
7. 應用場景
- 即時通訊軟件：如QQ、微信等，依賴于TCP或UDP Socket實現客戶端與服務器之間的消息實時傳輸。
- 在線游戲：快速傳輸玩家動作數據（UDP 常見）。
- 文件傳輸協議：如FTP，通過TCP Socket實現文件的上傳、下載和管理。
- 物聯網設備：傳感器數據上報與控制指令下發。
- 遠程登錄協議：如SSH，通過TCP Socket與遠程服務器建立連接，實現遠程命令執行。
8. 代碼示例（Python）
TCP 服務器：
import socketserver = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
server.bind(('0.0.0.0', 8080))
server.listen()
client, addr = server.accept()
print(f"Connected by {addr}")
client.send(b"Hello from server!")
client.close()
TCP 客戶端：
import socketclient = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
client.connect(('127.0.0.1', 8080))
data = client.recv(1024)
print(f"Received: {data.decode()}")
client.close()
9. 注意事項
- 錯誤處理：檢查所有 Socket API 的返回值，處理異常（如連接拒絕、超時）。
- 資源釋放：確保關閉所有 Socket，避免資源泄漏。
- 并發處理：多線程、異步IO 或協程（如 asyncio）應對高并發。
- 安全性：使用 TLS/SSL 加密數據（如 SSLSocket），防范注入攻擊。
10. 總結
Socket 是網絡編程的基石，理解其原理和實現有助于開發高性能、可靠的網絡應用。盡管現代框架（如 HTTP 庫、gRPC）封裝了底層細節，但在需要精細控制網絡行為（如自定義協議、低延遲優化）時，直接操作 Socket 仍是必備技能。
11. 資料
- 【B站】socket到底是什么？
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