理解套接字编程：从基础到TCP/IP应用

本资源主要介绍的是socket编程原理，针对的是UNIX系统中引入的网络应用编程接口——套接字（socket）。UNIX系统的传统I/O模型是open-read-write-close，但TCP/IP协议的集成使得网络通信变得更加复杂。套接字的出现解决了两个关键问题：一是如何在不同机器上的进程间建立连接，二是如何统一支持多种网络协议。 在开始使用套接字编程前，需要理解几个核心概念。首先，进程通信原本局限于本地主机，操作系统通过管道、命名管道、信号、消息传递、共享内存和信号量等方式支持进程间的通信。然而，这些方法不适用于跨主机的进程通信，因为每个主机有自己的进程号标识，不能作为全局唯一的标识符。 套接字编程的基本概念包括： 1. **网间进程通信**：这是从单机系统扩展到网络环境的需求，涉及跨主机的进程间通信，区别于本地机的通信，需要解决进程在不同主机上的唯一标识问题。 2. **进程标识**：在本地，进程可以通过进程号进行识别。但在网络中，需要一个全局的、可以跨越主机的标识机制，这通常通过IP地址和端口号的组合来实现，每个套接字由一个四元组（IP地址，端口号）唯一标识。 3. **套接字的创建**：套接字是一个抽象的概念，它是应用程序与网络协议之间的桥梁。在UNIX系统中，使用socket()函数创建套接字，选择要使用的协议（如TCP或UDP），并设置相关的参数。 4. **套接字类型**：主要有两种类型，流式套接字（Stream Sockets）和数据报套接字（Datagram Sockets）。流式套接字提供有序、可靠的连接服务，适合需要保证数据完整性的应用；数据报套接字则提供无序、不可靠的通信，适合实时性和延迟敏感性要求较低的应用。 5. **套接字连接**：对于TCP套接字，连接是必需的，通过三次握手过程建立；而UDP套接字则无需连接，直接发送数据。 6. **套接字操作**：包括bind()绑定本地地址，listen()监听连接请求，accept()接受连接，connect()发起连接，send()和recv()进行数据传输，以及close()关闭套接字等。 7. **跨平台支持**：尽管socket编程最初起源于UNIXBSD系统，但随着技术的发展，它已成为一种跨平台的编程接口，被广泛应用于包括DOS和Windows在内的多种操作系统中。 本资源详细探讨了套接字编程的核心原理和应用，对于理解和开发网络应用软件具有重要意义，尤其是在支持TCP/IP协议的环境中。