Socket 編程基礎入門

在計算機網絡中，Socket 是一個抽象層，它將網絡通信的細節隱藏起來，為開發者提供了一個簡單的接口來發送和接收數據。Socket 編程是網絡編程的基礎，它允許程序之間進行通信。本文將帶你入門 Socket 編程，幫助你理解基本概念和步驟。

1. Socket 的基本概念

Socket 是一個通信端點，它允許程序發送和接收數據。在 TCP/IP 協議族中，有兩種主要類型的 Socket：流式 Socket（Stream Sockets，基于 TCP）和數據報 Socket（Datagram Sockets，基于 UDP）。

• 流式 Socket（TCP） ：提供面向連接、可靠的字節流服務。數據傳輸是有序的，并且保證數據的完整性。
• 數據報 Socket（UDP） ：提供無連接服務，數據包可能丟失或亂序到達，但不保證數據的完整性。

2. Socket 編程步驟

Socket 編程通常包括以下幾個步驟：

1. 創建 Socket ：在客戶端和服務器端都需要創建一個 Socket 對象。
2. 綁定地址 ：服務器端需要將 Socket 綁定到一個 IP 地址和端口號上。
3. 監聽連接 ：服務器端需要監聽客戶端的連接請求。
4. 接受連接 ：服務器端接受客戶端的連接請求，建立連接。
5. 數據傳輸 ：客戶端和服務器端可以開始發送和接收數據。
6. 關閉連接 ：數據傳輸完成后，需要關閉 Socket 連接。

3. TCP Socket 編程示例

下面是一個簡單的 TCP Socket 編程示例，包括客戶端和服務器端代碼。

服務器端代碼（Python）:

import socket

# 創建 socket 對象
server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

# 獲取本地主機名
host = socket.gethostname()
port = 9999

# 綁定端口號
server_socket.bind((host, port))

# 設置最大連接數，超過后排隊
server_socket.listen(5)

while True:
# 建立客戶端連接
client_socket, addr = server_socket.accept()

print(f"連接地址: {str(addr)}")

while True:
# 接收小于 1024 字節的數據
data = client_socket.recv(1024)
if not data:
# 如果沒有數據，跳出循環
break
# 發送數據
client_socket.send(data)

# 關閉連接
client_socket.close()

客戶端代碼（Python）:

import socket

# 創建 socket 對象
client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

# 獲取本地主機名
host = socket.gethostname()
port = 9999

# 連接服務，指定主機和端口
client_socket.connect((host, port))

try:
# 發送數據
message = 'This is the message.'
client_socket.send(message.encode('utf-8'))

# 接收小于 1024 字節的數據
data = client_socket.recv(1024)
print(f"Received: {data.decode('utf-8')}")

finally:
# 關閉連接
client_socket.close()

4. UDP Socket 編程示例

UDP Socket 編程與 TCP 類似，但不需要建立連接。

服務器端代碼（Python）:

import socket

# 創建 socket 對象
server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)

# 獲取本地主機名
host = socket.gethostname()
port = 9998

# 綁定端口號
server_socket.bind((host, port))

while True:
# 接收數據和客戶端地址
data, addr = server_socket.recvfrom(1024)
print(f"Received message: {data} from {addr}")

# 發送數據
server_socket.sendto(data, addr)

客戶端代碼（Python）:

import socket

# 創建 socket 對象
client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)

# 獲取本地主機名
host = socket.gethostname()
port = 9998

# 發送數據
message = 'This is a UDP message.'
client_socket.sendto(message.encode('utf-8'), (host, port))

# 接收數據
data, server = client_socket.recvfrom(1024)
print(f"Received: {data.decode('utf-8')} from {server}")

# 關閉連接
client_socket.close()

5. 總結

Socket 編程是網絡編程的基礎，通過本文的介紹，你應該對 Socket 的基本概念和編程步驟有了初步的了解。無論是 TCP 還是 UDP，Socket 都提供了一個簡單的接口來實現網絡通信。