Socket là gì? Định nghĩa về giao thức TCP/IP và UDP

Nếu bạn đang tìm hiểu về lập trình hay phát triển phần mềm, Socket có lẽ không còn là cái tên quá xa lạ. Đây là một giao thức giúp cải thiện khả năng kết nối giữa các hệ thống trong mạng. Ở bài viết hôm nay, hãy cùng LPTech tìm hiểu về khái niệm socket là gì và những thông tin cần thiết về giao thức này nhé!

Socket là gì?

Socket là một điểm cuối (end-point) trong giao tiếp mạng hai chiều giữa cilent và server. Các layer socket được thắt chặt với nhau bằng một port được biểu diễn bằng một con số cụ thể để các tầng giao thức TCP có thể đọc và gắn nhãn ứng dụng mà dữ liệu được truyền tới.

Thông qua Socket, các ứng dụng có thể thực hiện các thao tác như gửi tin nhắn, truyền tải file, hay tương tác trong thời gian thực. Nói cách khác, Socket hoạt động như một cầu nối giữa các ứng dụng và giao thức mạng, giúp cho quá trình giao tiếp trở nên mượt mà và liền mạch.

Tại sao cần sử dụng Socket?

Việc sử dụng Socket trong lập trình mạng mang lại nhiều lợi ích đáng kể:

Giao tiếp hiệu quả hơn

Socket cho phép các ứng dụng trên cùng một máy tính hoặc trên các máy tính khác nhau giao tiếp với nhau một cách dễ dàng. Điều này giúp xây dựng các ứng dụng phân tán mà không gặp phải vấn đề kết nối phức tạp.

Độ tin cậy cao

Các giao thức như TCP mà Socket sử dụng đảm bảo rằng dữ liệu được truyền tải một cách chính xác và đáng tin cậy. Điều này rất quan trọng trong các ứng dụng như ngân hàng trực tuyến, nơi mà sự chính xác của dữ liệu là tối ưu.

> Tìm hiểu thêm về TCP/IP tại: Giao thức TCP/IP là gì? Cấu trúc mô hình TCP/IP và chức năng

Khả năng mở rộng tối ưu

Socket hỗ trợ nhiều kết nối đồng thời, cho phép ứng dụng mở rộng để phục vụ nhiều người dùng cùng lúc. Điều này giúp cải thiện hiệu suất và trải nghiệm người dùng.

Tương tác đa dạng hơn

Socket không chỉ giới hạn trong việc gửi tin nhắn đơn giản; nó còn cho phép truyền tải dữ liệu phức tạp, như hình ảnh, video hay âm thanh, giúp tạo ra các ứng dụng phong phú và đa dạng.

Cơ chế hoạt động của Socket

Socket hoạt động thông qua việc sử dụng các giao thức mạng như TCP (Transmission Control Protocol) và UDP (User Datagram Protocol). Quá trình giao tiếp qua Socket thường bao gồm các bước sau:

Bước 1: Tạo Socket

Ứng dụng sẽ gọi một hàm để tạo một Socket mới. Hàm này sẽ xác định loại Socket (TCP hay UDP) và giao thức cần sử dụng.

Bước 2: Kết nối

Sau khi Socket được tạo, ứng dụng sẽ thực hiện kết nối đến một địa chỉ IP và cổng cụ thể của máy chủ. Nếu là Socket TCP, quá trình này sẽ yêu cầu xác nhận kết nối từ cả hai phía.

Bước 3: Gửi và nhận dữ liệu

Khi kết nối thành công, dữ liệu có thể được gửi và nhận qua Socket. Ứng dụng có thể sử dụng các hàm để gửi và nhận dữ liệu, đảm bảo rằng mọi thông tin đều được truyền tải một cách mượt mà.

Bước 4: Đóng kết nối

Khi quá trình truyền tải hoàn tất, Socket sẽ được đóng lại để giải phóng tài nguyên. Điều này giúp tránh tình trạng rò rỉ tài nguyên và giữ cho ứng dụng hoạt động hiệu quả.

4 loại Socket phổ biến hiện nay

Dưới đây là bốn loại Socket phổ biến mà bạn có thể gặp trong lập trình mạng:

Stream Socket

Stream Socket là loại Socket sử dụng giao thức TCP, cho phép truyền tải dữ liệu theo dạng luồng liên tục. Mỗi kết nối tạo ra một kênh giao tiếp độc lập giữa máy chủ và máy khách.

Ưu điểm: Độ tin cậy cao vì dữ liệu được phân đoạn và xác nhận sau mỗi gói gửi. Thích hợp cho các ứng dụng yêu cầu tính toàn vẹn của dữ liệu như truyền tải video trực tuyến hoặc gọi điện qua Internet.
Nhược điểm: Tốc độ truyền tải có thể chậm hơn so với các loại Socket khác, do yêu cầu xác nhận dữ liệu trước khi gửi gói tiếp theo. Điều này có thể gây ra độ trễ trong các ứng dụng yêu cầu thời gian thực.

Datagram Socket

Datagram Socket là loại Socket sử dụng giao thức UDP, cho phép truyền tải dữ liệu theo từng gói riêng lẻ, không cần kết nối trước.

Ưu điểm: Tốc độ nhanh do không yêu cầu xác nhận dữ liệu. Phù hợp cho các ứng dụng không yêu cầu tính toàn vẹn cao như trò chơi trực tuyến, video streaming, hay các ứng dụng IoT.
Nhược điểm: Không đảm bảo rằng dữ liệu sẽ được gửi hoặc nhận chính xác, có thể mất gói tin trong quá trình truyền. Điều này có thể dẫn đến tình trạng thiếu thông tin trong các ứng dụng nhạy cảm.

Unix Socket

Unix Socket là một phương thức giao tiếp giữa các tiến trình trong hệ điều hành Unix và các hệ thống tương tự. Được thiết kế để cho phép các tiến trình trao đổi dữ liệu với nhau thông qua một giao thức tương tự như mạng, Unix Socket hoạt động trên cùng một máy chủ mà không cần đến giao thức mạng phức tạp.

Ưu điểm: Hiệu suất cao và độ tin cậy cao.
Nhược điểm: Khả năng mở rộng hạn chế. Vì chỉ hoạt động trên một máy chủ duy nhất, nên khi cần mở rộng ra nhiều máy chủ, lập trình viên phải chuyển sang các phương thức khác như TCP/IP. Hơn nữa, việc quản lý và bảo mật kết nối giữa các tiến trình cũng có thể phức tạp hơn.

Websocket

Websocket là gì? Đây là một giao thức cho phép thiết lập kết nối liên tục giữa máy khách và máy chủ, giúp truyền tải dữ liệu một cách hiệu quả và nhanh chóng.

Ưu điểm: Tương tác thời gian thực, giảm độ trễ khi gửi nhận dữ liệu. Thích hợp cho các ứng dụng như chat trực tuyến hoặc thông báo tức thì, giúp nâng cao trải nghiệm người dùng.
Nhược điểm: Cần hỗ trợ từ cả hai bên (máy khách và máy chủ) để hoạt động hiệu quả, và không phải lúc nào cũng được hỗ trợ trên các mạng cũ. Điều này có thể hạn chế khả năng sử dụng trong một số trường hợp nhất định.

Socket io là gì?

Socket.IO là một thư viện JavaScript mạnh mẽ, được sử dụng rộng rãi để xây dựng các ứng dụng web thời gian thực, bao gồm cả các mini app như Zalo. Trong thiết kế Zalo mini app, Socket.IO đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra các trải nghiệm người dùng mượt mà, tương tác cao và gần như tức thời.

Socket io hỗ trợ nhiều giao thức khác nhau, dễ dàng triển khai và sử dụng trong các ứng dụng web thời gian thực. Cho phép phát triển các tính năng như chat trực tuyến, thông báo thời gian thực và cập nhật nội dung mà không cần tải lại trang.

Ví dụ code của giao thức UDP

Giao thức UDP chia làm 2 khía cạnh về Client và Server:

UDP Client Socket

package com.mycompany.testmqtts;

import java.net.DatagramPacket;

import java.net.DatagramSocket;

import java.net.InetAddress;

public class UDPServer {

public static void main(String args[]) throws Exception {

//khởi động udp server với port 8000

DatagramSocket socket = new DatagramSocket(8000);

System.out.println("server is running");

//tạo chuỗi byte

byte[] inServer = new byte[1024];

byte[] outServer = new byte[1024];

//tạo packet nhận dữ liệu

DatagramPacket rcvPkt = new DatagramPacket(inServer, inServer.length);

while (true) {

// chờ nhận dữ liệu từ client

socket.receive(rcvPkt);

System.out.println("Packet Received!");

System.out.println("ip Address!" + rcvPkt.getAddress());

System.out.println("port!" + rcvPkt.getPort());

System.out.println("message Received!" + new String(rcvPkt.getData()));

InetAddress IP = rcvPkt.getAddress();

int port = rcvPkt.getPort();

//lấy dữ liệu nhận và gửi dữ liệu lại cho client

String temp = new String(rcvPkt.getData());

temp = "server :" + temp.toUpperCase();

outServer = temp.getBytes();

//gửi dữ liệu lại cho client

DatagramPacket sndPkt = new DatagramPacket(outServer, outServer.length, IP, port);

socket.send(sndPkt);

}

UDP Server Socket

package com.mycompany.testmqtts;

import java.net.DatagramPacket;

import java.net.DatagramSocket;

import java.net.InetAddress;

public class UDPClient {

public static void main(String args[]) {

try {

//tạo kết nối udp socket

DatagramSocket socket = new DatagramSocket();

//tạo các chuỗi byte

byte[] inData = new byte[1024];

byte[] outData = new byte[1024];

//ip or hostname của server udp

InetAddress IP = InetAddress.getByName("localhost");

//chuỗi dữ liệu gửi tới udp server

String data = "hello kaka";

outData = data.getBytes();

//gửi dữ liệu tới server udp

DatagramPacket sendPkt = new DatagramPacket(outData, outData.length, IP, 8000);

System.out.println("ready connect server");

socket.send(sendPkt);

socket.setSoTimeout(10000);

System.out.println("connect server success");

//chờ nhận dữ liệu từ udp server gửi về

DatagramPacket recievePkt = new DatagramPacket(inData, inData.length);

System.out.println("ready receive message from server)");

socket.receive(receivePkt);

System.out.println("receive message");

System.out.println("Reply from Server: " + new String(recievePkt.getData()));

} catch (Exception e) {

System.out.println("error connect udp server");

}

Ví dụ code của giao thức TCP/IP

Dưới đây là đoạn code minh họa cho giao thức TCP/IP của Client và Server:

TCP/IP Socket Server

package org.o7planning.tutorial.socket;

import java.io.BufferedReader;

import java.io.BufferedWriter;

import java.io.IOException;

import java.io.InputStreamReader;

import java.io.OutputStreamWriter;

import java.net.ServerSocket;

import java.net.Socket;

public class SimpleServerProgram {

public static void main(String args[]) {

ServerSocket listener = null;

String line;

BufferedReader is;

BufferedWriter os;

Socket socketOfServer = null;

// Mở một ServerSocket tại cổng 9999.

// Chú ý bạn không thể chọn cổng nhỏ hơn 1023 nếu không là người dùng

// đặc quyền (privileged users (root)).

try {

listener = new ServerSocket(9999);

} catch (IOException e) {

System.out.println(e);

System.exit(1);

}

try {

System.out.println("Server is waiting to accept user...");

// Chấp nhận một yêu cầu kết nối từ phía Client.

// Đồng thời nhận được một đối tượng Socket tại server.

socketOfServer = listener.accept();

System.out.println("Accept a client!");

// Mở luồng vào ra trên Socket tại Server.

is = new BufferedReader(new InputStreamReader(socketOfServer.getInputStream()));

os = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(socketOfServer.getOutputStream()));

// Nhận được dữ liệu từ người dùng và gửi lại trả lời.

while (true) {

// Đọc dữ liệu tới server (Do client gửi tới).

line = is.readLine();

// Ghi vào luồng đầu ra của Socket tại Server.

// (Nghĩa là gửi tới Client).

os.write(">> " + line);

// Kết thúc dòng

os.newLine();

// Đẩy dữ liệu đi

os.flush();

// Nếu người dùng gửi tới QUIT (Muốn kết thúc trò chuyện).

if (line.equals("QUIT")) {

os.write(">> OK");

os.newLine();

os.flush();

break;

}

} catch (IOException e) {

System.out.println(e);

e.printStackTrace();

}

System.out.println("Server stopped!");

}

TCP/IP Client Socket

package org.o7planning.tutorial.socket;

import java.io.*;

import java.net.*;

public class SimpleClientDemo {

public static void main(String[] args) {

// Địa chỉ máy chủ.

final String serverHost = "localhost";

Socket socketOfClient = null;

BufferedWriter os = null;

BufferedReader is = null;

try {

// Gửi yêu cầu kết nối tới Server đang lắng nghe

// trên máy 'localhost' cổng 9999.

socketOfClient = new Socket(serverHost, 9999);

// Tạo luồng đầu ra tại client (Gửi dữ liệu tới server)

os = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(socketOfClient.getOutputStream()));

// Luồng đầu vào tại Client (Nhận dữ liệu từ server).

is = new BufferedReader(new InputStreamReader(socketOfClient.getInputStream()));

} catch (UnknownHostException e) {

System.err.println("Don't know about host " + serverHost);

return;

} catch (IOException e) {

System.err.println("Couldn't get I/O for the connection to " + serverHost);

return;

}

try {

// Ghi dữ liệu vào luồng đầu ra của Socket tại Client.

os.write("HELO");

os.newLine(); // kết thúc dòng

os.flush(); // đẩy dữ liệu đi.

os.write("I am Tom Cat");

os.newLine();

os.flush();

os.write("QUIT");

os.newLine();

os.flush();

// Đọc dữ liệu trả lời từ phía server

// Bằng cách đọc luồng đầu vào của Socket tại Client.

String responseLine;

while ((responseLine = is.readLine()) != null) {

System.out.println("Server: " + responseLine);

if (responseLine.indexOf("OK") != -1) {

break;

}

os.close();

is.close();

socketOfClient.close();

} catch (UnknownHostException e) {

System.err.println("Trying to connect to unknown host: " + e);

} catch (IOException e) {

System.err.println("IOException: " + e);

}

Có thể thấy, Socket là một khái niệm quan trọng trong lập trình mạng, giúp cho việc truyền tải dữ liệu giữa các ứng dụng trở nên dễ dàng và hiệu quả. Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, việc hiểu rõ về Socket và các loại Socket khác nhau sẽ giúp bạn tối ưu hóa ứng dụng của mình.

Hy vọng bài viết trên đây của LPTech đã mang đến cho bạn những kiến thức hữu ích nhé! Nếu như cần một đơn vị thiết kế ứng dụng và web app theo thời gian thực áp dụng socket thì hãy tìm đến ngay LPTech với hơn 10 năm kinh nghiệm trong lĩnh vực này nhé!