TCP 與 UDP 協議的 socket 通信

   剛剛有同事問我，tcp 是怎麼進行 socket 通訊的，udp 能進行 socket 通信嘛，想想這些基礎的知識竟一下子語塞，不知道怎麼回答了，在此，我整理了一下相關知識點，以公衆號文章的形式發表一下，個人粗淺的理解，如有不當之處，請各位大佬多多指點修正。

    現在進入正文，咱們先了解一下 socket, 說到 socket, 就得說到互聯網的一個架構，c/s 架構，c/s 是客戶端和服務端 英文的首字母，咱們舉一個最常見應用到這個架構的例子，大部分的小夥伴都會玩王者榮耀吧，玩王者就必須要連接一個服務器一般是騰訊雲服務器，對於我們玩家來說管理王者的騰訊雲服務器就是服務端，服務端有了，那誰是客戶端呢，所謂客戶就是我們這些玩王者的小夥伴，客戶端當然就是王者榮耀 app 了。

 簡單說完了 c/s, 我們再來用一張圖直觀演示一下 socket 在互聯網中的位置

_ 在網絡通信中，Socket 端點由 IP 地址和端口號標識；而在編程中，Socket 是封裝了通信能力的操作系統接口。

_      簡單的_

說了一下 socket, 咱們再說一下 TCP 協議，tcp 協議屬於網絡協議，什麼叫網絡協議呢，通俗點說 就是兩臺互聯網機器 雙方就通信如何進行所必須共同遵守的約定和通信規則的集合。在網絡上通信的雙方只有遵守相同的協議，才能正確地交流信息，就像人們交談時要使用同一種語言一樣，如果談話裏使用不同的語言，就會造成雙方都不知所云，交流就被迫中斷_

_   說到 tcp 協議大家應該很容易想到的就是三次握手，四次揮手，話不多說，咱先上圖，便於大家理解：_

爲什麼創建鏈接需要 3 步，而斷開鏈接則需要 4 步呢？

可以看到，三次握手之前是沒有數據傳輸的，並且其中第二次是一次性發送了一個請求和一個確認。所以減少了一次操作。而四次揮手涉及到數據的傳輸，所以不可能簡化成三次揮手。（四次揮手也是不同於三次握手，四次揮手也是建立在雙向鏈接通道的基礎之上的，而三次握手的時候該雙向通道還未建立成功），如下圖

FIN_WAIT_1：代表主動發起斷開鏈接請求

FIN_WAIT_2：代表此時的 Client 端不會再主動向 Server 端發送數據

TIME_WAIT：代表 Client 端還要回復最後一條確認消息，回覆完畢後雙向鏈接正式關閉

CLOSE_WAIT：代表關閉等待

LAST_ACK：代表持續的確認（即只要 Client 端沒有回覆第 4 條信息，Server 端就不斷嘗試發送斷開鏈接的 FIN 請求）

    別講太複雜了，咱的理解目前也只是到這個層面，下面再來看看 udp 協議，UDP 協議是一種基於數據報的格式（也被稱爲基於消息），不同於 TCP 的字節流格式。UDP 的數據報格式是有頭有尾的，這一點很重要。對應下圖

另外，udp 協議是不需要建立雙向鏈接通道的，並且 udp 發消息發一次就不會管了，不管收沒收到。

最後用一張表格比較一下這兩大協議，讓大家看得更直觀一些

講完這兩大協議和 socket 的概念，最後咱講講，他們是怎麼通過 socket 通信的吧。

TCP Socket：面向連接，可靠傳輸（類似打電話）

UDP Socket ：無連接，不可靠傳輸（類似發短信）

這邊咱直接上代碼，看不懂的可以跳過：

服務端代碼（C 語言示例）

#include <stdio.h>

#include <sys/socket.h>

#include <netinet/in.h>

#include <unistd.h>

int main() {

    // 1. 創建 TCP Socket

    int server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

    // 2. 綁定 IP 和端口

    struct sockaddr_in addr;

    addr.sin_family = AF_INET;

    addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; // 監聽所有網卡

    addr.sin_port = htons(8080);       // 端口號

    bind(server_fd, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr));

    // 3. 開始監聽

    listen(server_fd, 5); // 允許最多 5 個客戶端排隊

    // 4. 接受客戶端連接

    int client_fd = accept(server_fd, NULL, NULL);

    // 5. 發送數據

    char msg[] = "Hello TCP Client!";

    send(client_fd, msg, sizeof(msg), 0);

    // 6. 關閉連接

    close(client_fd);

    close(server_fd);

    return 0;

}

客戶端代碼

#include <stdio.h>

#include <sys/socket.h>

#include <netinet/in.h>

#include <arpa/inet.h>

int main() {

    // 1. 創建 TCP Socket

    int sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

    // 2. 連接服務器

    struct sockaddr_in server_addr;

    server_addr.sin_family = AF_INET;

    server_addr.sin_port = htons(8080);

    inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &server_addr.sin_addr); // 服務器 IP

    connect(sock, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr));

    // 3. 接收數據

    char buffer[1024] = {0};

    recv(sock, buffer, 1024, 0);

    printf("Server says: %s\n", buffer);

    // 4. 關閉連接

    close(sock);

    return 0;

}

TCP Socket 特點

優點：

• 可靠傳輸（自動重傳丟失的數據包）

• 保證數據順序（先發的數據先到）

• 流量控制（防止發送過快導致接收方緩衝區溢出）

缺點：

• 三次握手建立連接，延遲較高

• 頭部開銷大（20~60 字節）

• 不適合實時性要求高的場景（如視頻通話）

UDP  socket 通訊流程

服務端代碼（c 語言）：

#include <stdio.h>

#include <sys/socket.h>

#include <netinet/in.h>

int main() {

    // 1. 創建 UDP Socket

    int sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);

    // 2. 綁定 IP 和端口

    struct sockaddr_in addr;

    addr.sin_family = AF_INET;

    addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;

    addr.sin_port = htons(8080);

    bind(sock, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr));

    // 3. 接收數據（無連接，直接收）

    char buffer[1024];

    struct sockaddr_in client_addr;

    socklen_t addr_len = sizeof(client_addr);

    recvfrom(sock, buffer, 1024, 0, (struct sockaddr*)&client_addr, &addr_len);

    // 4. 發送數據（無連接，直接發）

    char msg[] = "Hello UDP Client!";

    sendto(sock, msg, sizeof(msg), 0, (struct sockaddr*)&client_addr, addr_len);

    // 5. 關閉 Socket

    close(sock);

    return 0;

}

客戶端代碼

#include <stdio.h>

#include <sys/socket.h>

#include <netinet/in.h>

#include <arpa/inet.h>

int main() {

    // 1. 創建 UDP Socket

    int sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);

    // 2. 發送數據（無需 connect）

    struct sockaddr_in server_addr;

    server_addr.sin_family = AF_INET;

    server_addr.sin_port = htons(8080);

    inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &server_addr.sin_addr);

    char msg[] = "Hello Server!";

    sendto(sock, msg, sizeof(msg), 0, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr));

    // 3. 接收數據

    char buffer[1024] = {0};

    recvfrom(sock, buffer, 1024, 0, NULL, NULL);

    printf("Server says: %s\n", buffer);

    // 4. 關閉 Socket

    close(sock);

    return 0;

}

UDP Socket 特點

 優點：

• 無連接，延遲低（適合實時應用）

• 頭部開銷小（僅 8 字節）

• 適合廣播 / 多播（如視頻直播）

 缺點：

• 不保證數據可靠到達（可能丟包）

• 不保證數據順序（後發的包可能先到）

• 無流量控制（發送過快可能導致丟包）

本文由 Readfog 進行 AMP 轉碼，版權歸原作者所有。
來源：https://mp.weixin.qq.com/s/58EixVHdm2TspZno7hKf9A