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计算机网络 | 应用层（6） -- 套接字编程

news 来源：原创 2025/6/9 7:01:50

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💓本博客内容为《计算机网络：自顶向下方法》第二章应用层第七节知识梳理
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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

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

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。
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。
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

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。
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。
读取数据报：客户端从 clientSocket 接收服务器发回的回复数据报。
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

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。
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。
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。
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

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。
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。
关闭套接字：通信完成后，客户端关闭 clientSocket ，释放占用的资源。

编辑

用Python语言编写一个简单的UDP套接字通信程序

详细解释一下在网络编程中IP地址和端口号是如何协同工作的

套接字编程和其他网络编程模型相比有哪些优势和劣势

计算机网络 | 应用层（6） -- 套接字编程

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