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网络编程是现代计算机科学和工程领域中一个极为重要的主题。无论是构建分布式系统，还是编写互联网应用程序，网络编程的基本原理都潜移默化地影响着系统的架构、性能和可靠性。在这一领域，套接字（Socket）是实现网络通信的基础，特别是UDP（用户数据报协议）和TCP（传输控制协议）的使用，成为了开发者日常工作中的核心内容。本文将深入探讨UDP数据报套接字和TCP流套接字的编程方法及其各自的特点与应用场景。
一、网络协议的基本概念
在深入讨论套接字编程之前，我们首先需要理解UDP和TCP这两种网络协议之间的区别与联系。UDP是一种无连接的、不可靠的传输协议，允许数据报的快速发送，适用于实时要求高但对数据完整性要求不高的应用场景，例如视频直播和在线游戏。相对而言，TCP是一种面向连接的、可靠的传输协议，确保数据的完整性和顺序，适合对可靠性要求较高的应用，如网页浏览和文件传输。
二、UDP数据报套接字编程
1.套接字的创建
在使用UDP进行网络编程时，我们需要首先创建一个UDP套接字。这通常涉及到指定协议族（一般使用AF_INET表示IPv4），套接字类型（SOCK_DGRAM表示数据报），以及协议（通常为0）。
int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
if (sockfd < 0) {
perror("socket creation failed");
exit(EXIT_FAILURE);
} 2.绑定套接字
创建完套接字后，通常需要将其绑定到特定的IP地址和端口号，以便接收数据报。绑定操作示例下述代码所示：
struct sockaddr_in servaddr;
memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
servaddr.sin_port = htons(port);
if (bind(sockfd, (const struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr)) < 0) {
perror("bind failed");
exit(EXIT_FAILURE);
} 3.接收与发送数据
使用UDP套接字进行数据传输的过程非常直观。发送数据时，我们使用sendto函数；接收数据时，我们使用recvfrom函数。以下是一个简单的发送和接收数据的示例：
char buffer[1024];
struct sockaddr_in cliaddr;
socklen_t len = sizeof(cliaddr); // 接收数据
int n = recvfrom(sockfd, buffer, sizeof(buffer), 0, (struct sockaddr*)&cliaddr, &len);
buffer[n] = '\0';
printf("Received: %s\n", buffer); // 发送数据
const char *msg = "Hello from server";
sendto(sockfd, msg, strlen(msg), 0, (const struct sockaddr*)&cliaddr, len); 三、TCP流套接字编程
1.套接字的创建与绑定
TCP流套接字的创建步骤与UDP相似，但需要额外注意的是，我们需要使用监听套接字来接受客户端的连接请求。创建和绑定的代码如下：
int listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (listenfd < 0) {
perror("socket creation failed");
exit(EXIT_FAILURE);
}
struct sockaddr_in servaddr;
memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
servaddr.sin_port = htons(port);
if (bind(listenfd, (const struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr)) < 0) {
perror("bind failed");
exit(EXIT_FAILURE);
}
// 开始监听
listen(listenfd, 10); 接受连接
一旦套接字绑定后，便可以开始接受客户端的连接。使用accept函数可以实现这个过程，它将返回一个新的套接字，用于与特定客户端进行数据交换。
struct sockaddr_in cliaddr;
socklen_t len = sizeof(cliaddr);
int connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr*)&cliaddr, &len);
if (connfd < 0) {
perror("server accept failed");
exit(EXIT_FAILURE);
} 数据的接收与发送
在TCP编程中，数据的发送和接收则依赖于读取和写入流。可以使用recv和send函数进行数据交换。代码如下：
char buffer[1024];
// 接收数据
int n = recv(connfd, buffer, sizeof(buffer), 0);
buffer[n] = '\0';
printf("Received: %s\n", buffer);
// 发送数据
const char *msg = "Hello from server";
send(connfd, msg, strlen(msg), 0); 关闭连接
完成数据交换后，务必关闭套接字以释放资源。以下是关闭套接字的标准方法：
close(connfd);
close(listenfd);
四、UDP与TCP的适用场景
UDP的应用场景：由于其无连接和低延迟，UDP特别适用于实时应用，例如网络游戏、视频会议、语音通话等。在这些场景中，丢失少量数据并不会显著影响用户体验，反而更在乎的是数据能快速到达。
TCP的应用场景：对于需要保证数据完整性和顺序的重要应用，如文件传输、电子邮件、网页浏览等，TCP则是首选协议。其重传机制和流量控制保证了数据的安全传输。
