网络协议基本概念-Socket

Socket（套接字）是网络通信中的一个核心概念，它是一种抽象的网络接口，用于在不同网络节点之间进行双向通信。Socket 提供了一种统一的接口，使得应用程序可以通过它发送和接收数据，而无需关心底层网络协议的细节。

Socket 的概念

Socket 可以类比为一个管道，它连接了两个网络节点（如两台计算机或同一台计算机上的两个进程），使得数据可以在它们之间传输。它定义了通信的端点，包括 IP 地址和端口号。

Socket 的工作原理

Socket 的工作原理可以分为以下几个步骤：

1. 创建 Socket

在通信开始之前，应用程序需要创建一个 Socket 对象。这个对象代表了通信的一个端点。

2. 绑定 Socket

Socket 需要绑定到一个本地的 IP 地址和端口号。对于服务端，这一步是必须的，因为它需要告诉操作系统它将监听哪个端口。

3. 监听连接（服务端）

服务端 Socket 会进入监听状态，等待客户端的连接请求。

4. 建立连接（客户端）

客户端 Socket 向服务端发送连接请求。服务端接受请求后，双方建立连接。

5. 数据传输

一旦连接建立，双方可以通过 Socket 发送和接收数据。

6. 关闭连接

通信完成后，双方关闭 Socket。

Socket 的类型

根据传输协议的不同，Socket 可以分为以下几种类型：

1. 流式 Socket（SOCK_STREAM）

• 使用 TCP 协议。
• 提供可靠的、双向的、面向连接的字节流服务。
• 数据按顺序传输，确保数据的完整性。

2. 数据报 Socket（SOCK_DGRAM）

• 使用 UDP 协议。
• 提供不可靠的、无连接的数据报服务。
• 数据以独立的数据报形式传输，不保证顺序和可靠性。

3. 原始 Socket（SOCK_RAW）

• 提供对底层协议的直接访问。
• 通常用于网络工具和协议开发。

Socket 的编程示例

服务端代码（使用 TCP）

using System;
using System.Net;
using System.Net.Sockets;
using System.Text;

class TCPServer
{
    static void Main()
    {
        // 创建 Socket
        Socket serverSocket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);
        
        // 绑定到本地 IP 和端口
        IPEndPoint endPoint = new IPEndPoint(IPAddress.Any, 8080);
        serverSocket.Bind(endPoint);
        
        // 开始监听
        // 参数 10 表示服务端可以同时接受的最大未完成连接请求数量，也称为积压连接数（backlog）。这个参数定义了服务端在完全建立连接之前可以排队等待的连接请求的最大数量。
        serverSocket.Listen(10);
        Console.WriteLine("Server started. Waiting for connection...");
        
        // 接受客户端连接
        Socket clientSocket = serverSocket.Accept();
        Console.WriteLine("Client connected.");
        
        // 接收数据
        byte[] buffer = new byte[1024];
        int bytesRead = clientSocket.Receive(buffer);
        string message = Encoding.ASCII.GetString(buffer, 0, bytesRead);
        Console.WriteLine("Received: " + message);
        
        // 发送数据
        byte[] response = Encoding.ASCII.GetBytes("Hello from server!");
        clientSocket.Send(response);
        
        // 关闭连接
        clientSocket.Close();
        serverSocket.Close();
    }
}

客户端代码（使用 TCP）

using System;
using System.Net;
using System.Net.Sockets;
using System.Text;

class TCPClient
{
    static void Main()
    {
        // 创建 Socket
        Socket clientSocket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);
        
        // 连接到服务端
        IPEndPoint endPoint = new IPEndPoint(IPAddress.Parse("127.0.0.1"), 8080);
        clientSocket.Connect(endPoint);
        Console.WriteLine("Connected to server.");
        
        // 发送数据
        byte[] message = Encoding.ASCII.GetBytes("Hello from client!");
        clientSocket.Send(message);
        
        // 接收数据
        byte[] buffer = new byte[1024];
        int bytesRead = clientSocket.Receive(buffer);
        string response = Encoding.ASCII.GetString(buffer, 0, bytesRead);
        Console.WriteLine("Received: " + response);
        
        // 关闭连接
        clientSocket.Close();
    }
}

总结

Socket 是网络通信的基础，它提供了一种统一的接口，使得应用程序可以通过它发送和接收数据。理解 Socket 的概念和工作原理，对于学习网络编程至关重要。通过 Socket，可以实现基于 TCP 或 UDP 的可靠或快速通信。