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目录
一、什么是Socket?
二、Socket 的分类
三、Socket的工作原理
四、Socket 通信流程(以 TCP 为例)
五、Socket 的实现示例
六、Socket 的应用场景
一、什么是Socket?
Socket 本质上是一个 端点(endpoint),用于在不同设备或进程之间进行数据传输。可以把它想象成 电话插孔,只要两端正确连接,就可以通过它进行通信。
Socket 依赖 IP 地址 + 端口号 进行标识:
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IP 地址:定位计算机(类似于电话号码)
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端口号:区分不同进程(类似于电话分机)
二、Socket 的分类
根据功能和用途的不同,Socket 可以分为以下几类:
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基于传输协议:
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TCP Socket(面向连接的):提供可靠、有序的数据传输。适用于需要保证数据完整性和顺序的场景。
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UDP Socket(无连接的):速度快但不可靠,适合实时性要求高但对数据完整性不敏感的应用,如游戏和视频流。
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基于通信方向:
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SOCK_STREAM:面向流的协议,支持双向通信,如 TCP。
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SOCK_DGRAM:无连接的数据报协议,如 UDP。
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SOCK_RAW:允许应用程序直接访问网络底层协议(如 ICMP)。
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基于地址族:
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AF_INET:IPv4 地址族。
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AF_INET6:IPv6 地址族。
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AF_UNIX:用于进程间通信的 Unix 套接字。
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三、Socket的工作原理
Socket 的通信过程遵循 OSI 模型(开放系统互连模型),分为以下几层:
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应用层:应用程序通过调用 Socket API 发送或接收数据。数据经过序列化和反序列化,形成可以传输的格式。
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传输层:根据选择的协议(TCP 或 UDP),传输层负责数据的可靠传输或快速传输。TCP 会确保数据按顺序到达且无丢包;UDP 则直接将数据报发送到目标地址,不保证顺序和可靠性。
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网络层:数据被封装为 IP 数据包,并包含源和目标 IP 地址。IPv4 和 IPv6 分别使用不同的地址格式。
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链路层:数据包通过物理介质(如以太网、Wi-Fi)传输到目标设备。
四、Socket 通信流程(以 TCP 为例)
Socket 通信通常涉及 客户端(Client) 和 服务器(Server),其基本流程如下:
🔹 服务器端:
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创建 Socket:初始化监听端口。
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绑定(bind):将 Socket 绑定到指定 IP 和端口。
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监听(listen):等待客户端连接请求。
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接受连接(accept):与客户端建立连接。
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数据收发(send/recv):进行数据通信。
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关闭连接(close):释放资源。
🔹 客户端端:
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创建 Socket。
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连接服务器(connect)。
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数据收发(send/recv)。
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关闭连接(close)。
五、Socket 的实现示例
C/C++ 示例(基于 TCP)
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>int main() {int server_fd, client_fd;char buffer[1024];// 创建服务器套接字server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (server_fd == 0) {printf("socket creation failed\n");return -1;}struct sockaddr_in server_addr, client_addr;server_addr.sin_family = AF_INET;server_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;server_addr.sin_port = htons(8080);if (bind(server_fd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)) < 0) {printf("bind failed\n");return -1;}listen(server_fd, 3);puts("Server listening...");while (1) {client_fd = accept(server_fd, (struct sockaddr *)&client_addr, sizeof(client_addr));if (client_fd == -1) {perror("accept");exit(EXIT_FAILURE);}read(client_fd, buffer, sizeof(buffer));printf("Message from client: %s\n", buffer);char *response = "Hello, Client!";write(client_fd, response, strlen(response));}
}
在 QT 中使用 Socket
QT 提供了 QTcpSocket
和 QUdpSocket
类,用于在 GUI 应用程序中实现网络通信。以下是一个简单的 TCP 服务器示例:
#include <QTcpServer>
#include <QDebug>int main() {QTcpServer server;if (!server.listen(QHostAddress::Any, 8080)) {qDebug() << "Failed to start server";return -1;}while (true) {QTcpSocket *socket = server.nextPendingConnection();socket->write("Hello, Client!", QIODevice::WriteOnly);socket->disconnectFromHost();}
}
具体QT中的应用可以看基于TCP/QT/C++的网络调试助手测试报告-CSDN博客
六、Socket 的应用场景
Socket 广泛应用于各种网络通信场景,包括但不限于:
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文件传输:例如 FTP 和 HTTP 协议。
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即时通讯:如聊天软件和消息队列系统。
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游戏网络:用于玩家之间的实时互动和数据同步。
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远程控制:如 SSH 和 Telnet。
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分布式计算:如 RPC(远程过程调用)和微服务架构。