什么是套接字编程

套接字是一种软件结构，作为网络上发送和接收数据的端点。套接字通常使用操作系统提供的套接字API（如Berkeley套接字API）来创建。

将套接字绑定到特定的IP地址和端口号，形成套接字地址，以便其他网络节点识别该套接字。

对于客户端应用程序，使用connect（）函数将套接字连接到服务器的套接字地址。对于服务器应用程序，使用等待连接的函数等待绑定套接字上的传入连接，并使用accept（）函数接受连接。

使用send（）和recv（）等函数在连接的套接字上发送和接收数据进行通信。

当通信完成时，使用close（）函数关闭套接字。 套接字API还提供了设置套接字为阻塞或非阻塞模式的选项，以及处理套接字终止和资源清理的功能。

套接字编程可用于在用户空间实现新的传输层协议。原始套接字允许开发人员直接访问和操作协议头，因此可以用于实现新的协议。

原始套接字常用于安全相关的应用程序，如网络扫描工具Nmap。它们可用于访问和操作网络数据包的底层细节。

在网络设备中，原始套接字通常用于实现路由协议（如IGMP、OSPF）以及ping工具所使用的ICMP协议。

套接字编程是开发基于网络的客户端-服务器应用程序的基础。这包括实现TCP客户端连接服务器，以及TCP服务器处理多个并发客户端连接。

除了网络通信外，套接字编程还可用于单个系统内的进程间通信，如通过Unix域套接字进行通信。

套接字通过套接字地址（IP地址和端口号的组合）在网络上进行标识，从而实现了不同网络节点之间的通信。相比之下，像共享内存这样的IPC方法只能用于同一台机器上的进程间通信，通信范围受到了限制。

套接字编程提供了一个标准化的API，对底层的网络协议（如TCP和UDP）进行了抽象，使应用程序能够以统一的方式通过不同的传输协议进行通信。这种抽象简化了网络编程的复杂性。

与其他IPC方法相比，套接字编程具有更好的网络可扩展性。它允许应用程序跨网络进行通信，而不受单机环境的限制。这使得基于套接字的应用程序能够更好地支持分布式系统和大规模网络环境。

尽管套接字编程提供了更广泛的通信范围，但与同一台机器上的IPC方法（如管道和共享内存）相比，它的通信性能通常会较低。这是因为网络通信需要额外的协议开销和网络延迟。

流式套接字提供了可靠的、有序的、无错误的数据流，通常是基于TCP协议实现的。它们在建立连接后，数据会按照发送顺序到达目的地，并且能够检测和纠正数据传输错误。流式套接字适用于需要可靠数据传输的应用场景，如文件传输、远程登录等。

数据报套接字是无连接的，基于UDP协议实现。数据报可能会无序到达或丢失，且不保证可靠性。但数据报套接字具有较低的开销，适用于对实时性要求较高、对可靠性要求不太严格的应用场景，如在线游戏、视频流媒体等。

原始套接字允许直接发送和接收IP数据包，而无需任何特定的传输层格式化。这使得用户可以在用户空间实现新的传输层协议，常用于安全应用（如Nmap）、路由协议（如IGMP和OSPF）以及ping工具所使用的ICMP协议。

首先需要创建一个套接字，作为通信的端点。套接字可以是TCP或UDP协议，根据应用场景选择合适的协议。

对于TCP客户端应用程序，需要使用connect（）函数连接到服务器。服务器端则需要调用特定函数等待连接请求，并接受连接。

连接建立后，客户端和服务器就可以使用send（）和recv（）函数进行数据传输。也可以使用通用的write（）和read（）函数。

数据传输完成后，需要使用close（）函数关闭套接字，释放系统资源。

套接字编程使用Berkeley套接字API，该API将套接字表示为文件描述符，提供了统一的输入输出接口。现代操作系统都实现了该API的某个版本，成为互联网应用程序编程的标准接口。