Socket通讯

Socket通讯

端口
传输层与网络层在功能上的最大区别是传输层提供进程通信能力。从这个意义上讲,网络通信的最终地址就不仅仅是主机地址了,还包括可以描述进程的某种标识符。为此,TCP/IP协议提出了协议端口(protocol port,简称端口)的概念,用于标识通信的进程。
应用程序(即进程)通过系统调用与某端口建立连接(binding)后,传输层传给该端口的数据都被相应进程所接收,相应进程发给传输层的数据都通过该端口输出。在TCP/IP协议的实现中,端口操作类似于一般的I/O操作,进程获取一个端口,相当于获取本地唯一的I/O文件,可以用一般的读写原语访问之。

端口:网络协议为了区分传送的数据报应该交给哪个应用程序而设置的一个标志。希望接受数据的应用程序在某个设定的端口侦听,则所有发送给该端口的数据报都将传递给该程序。端口仅仅是一个双字节的无符号整数,并不存在任何物理或逻辑上的“接口”。
进程:进程是线程的容器。一般可以理解为一个正在运行的程序。


地址

网络通信中通信的两个进程分别在不同的机器上。在互连网络中,两台机器可能位于不同的网络,这些网络通过网络互连设备(网关,网桥,路由器等)连接。因此需要三级寻址:
1. 某一主机可与多个网络相连,必须指定一特定网络地址;
2. 网络上每一台主机应有其唯一的地址;
3. 每一主机上的每一进程应有在该主机上的唯一标识符。
通常主机地址由网络ID和主机ID组成,在TCP/IP协议中用32位整数值表示;TCP和UDP均使用16位端口号标识用户进程。

也就是说,先找到网络地址,再找到主机地址,再找到端口号。这就是所谓的三级寻址。
### Socket通讯原理 Socket 是在应用层和传输层之间的一个抽象层,它把 TCP/IP 层复杂的操作抽象为几个简单的接口,供应用层调用实现进程在网络中的通信。其起源于 UNIX,在“一切皆文件”的思想下,进程间通信被冠名为文件描述符,Socket 是一种“打开—读/写—关闭”模式的实现。服务器和客户端各自维护一个“文件”,在建立连接打开后,可向文件写入内容供对方读取或者读取对方内容,通讯结束时关闭文件 [^3]。 ### Socket通讯使用方法 以下为 POSIX Socket API,Windows 下使用 Winsock 稍有差异: - `socket()`:用于创建 Socket,需指定协议族(如 AF_INET)、类型(如 SOCK_STREAM)、协议(如 IPPROTO_TCP) [^2]。 - `bind()`:将地址和端口绑定到创建的 Socket 上,参数包括 Socket 描述符、地址结构(sockaddr_in)、长度 [^2]。 - `listen()`:设置监听(TCP),参数为 Socket 描述符、最大连接队列长度 [^2]。 - `accept()`:接受客户端连接(TCP),返回新 Socket 描述符,同时存储客户端地址 [^2]。 - `connect()`:客户端使用该函数连接服务器,参数有 Socket 描述符、服务器地址、长度 [^2]。 - `send()/recv()`:用于发送/接收数据(TCP),参数包含 Socket 描述符、缓冲区、长度、标志 [^2]。 - `sendto()/recvfrom()`:用于发送/接收数据(UDP),额外需指定目标/来源地址 [^2]。 - `close()`:关闭 Socket,参数为 Socket 描述符 [^2]。 ### 相关技术 Socket 是计算机网络编程中的一种通信机制,允许两个程序在不同的设备上进行数据交换,提供了在不同主机之间通过网络传输数据的接口,是实现网络通信的重要工具 [^1]。 以下是一个简单的 Python Socket 通信示例(TCP): ```python # 服务器端代码 import socket # 创建 TCP Socket server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) # 绑定地址和端口 server_address = ('localhost', 8888) server_socket.bind(server_address) # 开始监听 server_socket.listen(1) print('Waiting for a connection...') # 接受客户端连接 client_socket, client_address = server_socket.accept() print(f'Connection from {client_address}') # 接收数据 data = client_socket.recv(1024) print(f'Received: {data.decode()}') # 发送响应 message = 'Hello, client!' client_socket.sendall(message.encode()) # 关闭连接 client_socket.close() server_socket.close() # 客户端代码 import socket # 创建 TCP Socket client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) # 服务器地址和端口 server_address = ('localhost', 8888) # 连接服务器 client_socket.connect(server_address) # 发送数据 message = 'Hello, server!' client_socket.sendall(message.encode()) # 接收响应 data = client_socket.recv(1024) print(f'Received from server: {data.decode()}') # 关闭连接 client_socket.close() ```
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