SOCK_STREAM和SOCK_DGRAM到底有什么区别？

上一节《套接字有哪些类型》提到，Stream Sockets就是SOCK_STREAM，它基于TCP协议；Datagram Sockets就是SOCK_DGRAM，它基于UDP协议。
这给大家造成一种印象，Stream Sockets就是可靠连接，Datagram Sockets就是不可靠通信，实际情况真的如此吗？

另外，不管哪种数据传输方式，都得通过整个Internet网络的物理线路将数据传出去，从这个层面理解，所有的socket都是有物理连接的，为什么还有无连接的socket呢？

从字面上理解，Stream Sockets好像有一条管道，它连接发送端和接收端，数据包通过这条管道来传输。当然，两台计算机在通信之前必须先搭建好管道。
Datagram Sockets像是无头苍蝇乱撞，数据包从发送端到接收端没有固定的路线，爱怎么走就怎么走，只要能到达就行。每个数据包都比较自私，不和别人分享自己的线路，但是大家都能殊途同归，到达接收端。

上图是一个简化的互联网模型，H1->H6表示计算机，A->E表示路由器，发送端发送的数据必须经过路由器的转发才能达到接收端。

假设H1要发送若干个数据包给H6，那么有多条路径可以选择，比如：

  • 路径1：H1–>A–>C–>E–>H6
  • 路径2：H1–>A–>B–>E–>H6
  • 路径3：H1–>B–>D–>E–>H6
  • 路径4：H1–>A–>B–>C–>E–>H6
  • 路径5：H1–>A–>C–>B–>D–>E–>H6

数据包的传输路径是由路由器根据算法出来的，算法会考虑很多因素，比如网络的拥堵状况、下一个路由器是否忙碌等。

Datagram Sockets

对于Datagram Sockets，每个数据包可以选择不同的路径，比如第一个数据包选择路径4，第二个数据包选择路径1，第三个数据包选择路径2…当然，它们也可以选择相同的路径，那也只不过是巧合而已。
每个数据包之间都是独立的，各走各的路，谁也不影响谁，除了迷路的或者发生意外的数据包，最后都能到达H6.但是，到达的顺序是不确定的，比如：

  • 第一个数据包选择了一条比较长的路径（比如路径5），第三个数据包选择了一条比较短的路径（比如路径1），虽然一个数据包很早就出发了，但是走的路比较远，最终还是晚于第三个数据包达到。
  • 第一个数据包选择了比较短的路径（比如路径1），第三个数据包选择了一条比较长的路径（比如路径5），按理说第一个数据包应该先到达，但是非常不幸，第一个数据包走的路比较拥堵，这条路上的数据量非常大，路由器处理的很慢，所以它还是晚于第三个数据包达到了。

还有一些意外情况会发生，比如：

  • 第一个数据包选择了路径1，但是路由器C突然断电了，那他就到不了H6了
  • 第三个数据包选择了路径2，虽然路不远，但是太拥堵，以至于他等待的时间太长，路由器把它丢弃了。

总之，对于Datagram Sockets，数据包在传输过程中会发生各种不测，也会发生各种奇迹。H1只负责把数据包发出，至于她什么时候到达，先到达还是后到达，有没有成功到达，H1都不管了；H6也没有选择的权利，只能被动接收，收到什么算什么，爱用不用。

Datagram Sockets遵循的是【尽最大努力交付】的原则，就是尽力而为，实在做不了也没办法。Datagram Sockets提供的没有质量保证的服务。

Stream Sockets

Stream Sockets在正式通信之前要先确定一条路径，没有特殊情况的话，以后就固定地使用这条路径来传递数据包了。当然，路径被破坏的话，比如某个路由器断电了，那么就会重新建立路径。

这条路径是由路由器维护的，路径上所有的路由器都要存储该路径地信息（实际上只需要存储上游和下游两个路由器地位置就行），所以路由器是有开销的。
H1和H6通信完毕后，要断开连接，销毁路径，这个时候路由器也会把之前存储的路径信息擦除。

在很多网络通信教材中，这条预先建立好的路径被称为“虚电路”，就是一条虚拟的通信电路。

为了保障数据包准确、顺序地到达，发送端在发送数据包后，必须得到接收端地确认才发送下一个数据包；如果数据包发出去了，一段时间以后仍没有得到接收端地回应，那么发送端会重新再发送一次，直到得到接收端的回应。这样一来，发送端发送的所有数据包都能到达接收端，并且是按照顺序到达的。

发送端发送一个数据包，如何得到接收端的确认呢？很简单，为每个数据包分配一个ID，接收端接收到数据包以后，再给发送端返回一个数据包，告诉发送端我接收到了ID为xxxxx的数据包。

Stream Sockets会比Datagram Sockets多出很多数据包，因为发送端每发送一个数据包，接收端就会返回一个数据包。此外，建立连接和断开连接的过程也会传递很多数据包。

不但是数量多了，每个数据包也变大了：除了源端口和目的端口，Stream Sockets还包括序号、确认信号、数据偏移、控制标志（通常说的URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN）、窗口、检验和紧急指针、选项等信息；Datagram Sockets则只包含长度、校验和信息。

Stream Sockets的数据包比Datagram Sockets大很多，这意味着更大的负载和更大的带宽。许多即时聊天软件采用UDP协议（Datagram Sockets），与此有莫大的关系。

总结：

  • Datagram Sockets传输效率高，但是不可靠，有丢失数据包、捣乱数据的风险
  • Stream Sockets非常可靠，万无一失，但是传输效率低，耗费资源多。

两种套接字的特点决定了他们的应用场景，有些服务对可靠性要求比较高，必须数据包能完整无误地送达，那就得选择Stream Sockets（TCP服务），比如HTTP、FTP等；而另一些服务，并不需要那么高的可靠性，效率和实时才是它们所关心的，那就可以选择Datagram Sockets（UDP服务），比如DNS、即时聊天工具等。