纵览两类 Internet Socket：深入解析 Stream Sockets 与 Datagram Sockets 的异同

2023-10-27 19:20:12

Stream Sockets 和 Datagram Sockets：深入理解网络通信中的两种基本 Socket 类型

在浩瀚的网络世界里，数据像血液一样在网络中流淌，让整个网络充满活力。为了实现这种数据传输，Socket 技术应运而生，为应用程序提供了一个统一的接口，方便地与网络通信，实现数据的发送和接收。

Socket 技术的精髓：抽象化

Socket 技术的精髓在于它将网络通信过程抽象化，应用程序无需关注底层的网络细节，只需调用 Socket API 即可完成数据传输。Socket API 提供了一系列函数，如 socket()、bind()、listen()、accept()、connect()、send() 和 recv() 等，应用程序通过调用这些函数即可完成数据传输的各个环节。

Socket 家族中的两大成员：Stream Sockets 和 Datagram Sockets

在 Socket 技术家族中，Stream Sockets 和 Datagram Sockets 是两个最基本的成员，它们在工作方式和特点上有着显著的差异。本文将深入剖析这两种 Socket 类型，帮助大家更好地理解 Socket 技术及其在网络通信中的应用。

Stream Sockets：可靠的数据传输之选

Stream Sockets 是一种面向连接的 Socket，当两个应用程序之间建立 Stream Socket 连接后，它们之间就可以进行双向的数据传输。Stream Sockets 的数据传输具有可靠性，这意味着数据在传输过程中不会丢失或损坏。

Stream Sockets 之所以能够保证可靠性，是因为它采用了 TCP（传输控制协议）协议。TCP 协议提供了一系列机制来确保数据传输的可靠性，包括：

连接导向： 在使用 Stream Sockets 进行数据传输之前，必须先建立连接。连接建立后，应用程序才能开始发送和接收数据。连接的建立和断开由 TCP 协议负责管理。
可靠性保障： TCP 协议采用了一种名为「滑动窗口」的机制来保障数据的可靠性。滑动窗口机制允许应用程序一次发送多个数据包，而无需等待每个数据包的确认。当接收端收到数据包后，它会向发送端发送一个确认信号。如果发送端在一定时间内没有收到确认信号，它将重新发送该数据包。
数据完整性： TCP 协议还采用了校验和机制来确保数据的完整性。在发送数据包之前，发送端会计算数据包的校验和值并将其附在数据包中。接收端收到数据包后，它会计算自己的校验和值并与数据包中的校验和值进行比较。如果两个校验和值不一致，则说明数据包在传输过程中被损坏，接收端将丢弃该数据包并向发送端发送一个错误信号。
有序性： TCP 协议保证了数据包的按序传输。这意味着数据包会按照发送的顺序到达接收端。这对于一些需要按顺序处理数据的应用程序来说非常重要。
流量控制： TCP 协议还提供了流量控制机制，以防止发送端发送过多的数据，导致接收端不堪重负。流量控制机制通过滑动窗口来实现。当接收端缓冲区中的数据量达到一定阈值时，它会向发送端发送一个窗口关闭信号。发送端收到窗口关闭信号后，将停止发送数据，直到接收端缓冲区中的数据量减少到一定阈值以下。
拥塞控制： TCP 协议还提供了拥塞控制机制，以防止网络拥塞。拥塞控制机制通过监测网络状况来动态调整发送窗口的大小。当网络拥塞时，发送窗口会减小，以减少发送的数据量；当网络畅通时，发送窗口会增大，以增加发送的数据量。

Datagram Sockets：灵活高效的数据传输方式

Datagram Sockets 是一种无连接的 Socket，与 Stream Sockets 不同，Datagram Sockets 不需要在数据传输之前建立连接。应用程序可以使用 Datagram Sockets 向其他应用程序发送数据，而无需关心对方是否已经准备好接收数据。

Datagram Sockets 的数据传输是不可靠的，这意味着数据在传输过程中可能会丢失或损坏。这是因为 Datagram Sockets 不提供任何可靠性保障机制。

Datagram Sockets 之所以能够提供高效的数据传输，是因为它采用了 UDP（用户数据报协议）协议。UDP 协议是一种无连接的协议，它不提供任何可靠性保障机制，但它可以提供非常高的数据传输速度。

UDP 协议的数据包称为数据报。数据报中包含了数据和一些控制信息，如源端口、目标端口、数据长度和校验和等。当应用程序使用 Datagram Sockets 发送数据时，它会将数据封装成数据报并发送到网络上。接收端应用程序收到数据报后，会将数据报中的数据提取出来并交给应用程序处理。

Stream Sockets 与 Datagram Sockets 的比较

Stream Sockets 和 Datagram Sockets 都是 Socket 技术的重要组成部分，但它们在工作方式和特点上有着显著的差异。下表对这两者进行了比较：

特征	Stream Sockets	Datagram Sockets
连接类型	面向连接	无连接
可靠性	可靠	不可靠
数据传输顺序	按序	无序
流量控制	有	无
拥塞控制	有	无
应用场景	文件传输、视频通话、在线游戏等	DNS 查询、网络游戏、流媒体等

Stream Sockets 和 Datagram Sockets 的应用场景

Stream Sockets 和 Datagram Sockets 都广泛应用于网络通信和数据传输领域。Stream Sockets 适用于需要可靠性、有序性和流量控制的应用场景，例如文件传输、视频通话、在线游戏等。Datagram Sockets 适用于不需要可靠性、有序性和流量控制的应用场景，例如 DNS 查询、网络游戏、流媒体等。

结语

Stream Sockets 和 Datagram Sockets 是两种最基本的 Socket 类型，它们在工作方式和特点上有着显著的差异。Stream Sockets 适用于需要可靠性、有序性和流量控制的应用场景，例如文件传输、视频通话、在线游戏等。Datagram Sockets 适用于不需要可靠性、有序性和流量控制的应用场景，例如 DNS 查询、网络游戏、流媒体等。

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