Rust中基础网络编程

Rust 网络编程基础：TCP 与 UDP

TCP 与 UDP 基础概念

TCP (传输控制协议)

面向连接：通信前需要建立连接，使用 TcpStream 表示连接
可靠性：保证数据按序到达，自动处理丢包重传
流式协议：数据没有明确边界，需要应用层处理消息分帧
流量控制：内置流量控制和拥塞控制机制
适用场景：文件传输、网页浏览、电子邮件等需要可靠传输的场景

UDP (用户数据报协议)

无连接：每个数据包独立发送，使用 UdpSocket 进行通信
不可靠：不保证数据包顺序和可达性
数据报：每个数据包有明确边界
低延迟：没有连接建立和确认开销
适用场景：实时音视频、在线游戏、DNS 查询等对延迟敏感的应用

Rust 中的 TCP 编程

服务端

use tokio::net::{TcpListener, TcpStream};

async fn server(addr: &str) -> Result<(), Box<dyn std::error::Error>> {
    let listener = TcpListener::bind(addr).await?;
    println!("Server listening on {}", addr);
    
    loop {
        let (mut stream, addr) = listener.accept().await?;
        println!("Client connected from: {}", addr);
        
        // 为每个连接创建新任务
        tokio::spawn(async move {
            // 处理连接
            handle_connection(stream).await;
        });
    }
}

客户端

use tokio::net::TcpStream;

async fn client(addr: &str) -> Result<(), Box<dyn std::error::Error>> {
    let mut stream = TcpStream::connect(addr).await?;
    println!("Connected to server at {}", addr);
    
    // 发送和接收数据...
    Ok(())
}

Rust 中的 UDP 编程

服务端

use tokio::net::UdpSocket;

async fn server(addr: &str) -> Result<(), Box<dyn std::error::Error>> {
    let socket = UdpSocket::bind(addr).await?;
    println!("UDP server listening on {}", addr);
    
    let mut buf = vec![0u8; 1024];
    loop {
        let (len, addr) = socket.recv_from(&mut buf).await?;
        println!("Received {} bytes from {}", len, addr);
        
        // 处理数据并回复
        socket.send_to(&buf[..len], &addr).await?;
    }
}

客户端

use tokio::net::UdpSocket;
use std::net::SocketAddr;

async fn client(server_addr: &str) -> Result<(), Box<dyn std::error::Error>> {
    // 绑定到任意可用端口
    let bind_addr = if server_addr.contains(':') {
        "[::]:0"  // IPv6
    } else {
        "0.0.0.0:0"  // IPv4
    };
    
    let socket = UdpSocket::bind(bind_addr).await?;
    let server_addr: SocketAddr = server_addr.parse()?;
    
    // 可选：连接到服务器地址，之后可以使用 send/recv 而非 send_to/recv_from
    socket.connect(&server_addr).await?;
    
    // 发送数据
    socket.send(b"Hello, UDP!").await?;
    
    // 接收响应
    let mut buf = [0u8; 1024];
    let len = socket.recv(&mut buf).await?;
    println!("Received: {}", String::from_utf8_lossy(&buf[..len]));
    
    Ok(())
}

关键区别总结

连接处理：
- TCP 需要显式接受连接 (accept)
- UDP 直接发送/接收数据报
数据边界：
- TCP 是流式协议，需要应用层处理消息边界
- UDP 保持消息边界，每个 recv_from 对应一个完整的消息
可靠性：
- TCP 保证可靠传输
- UDP 不保证，需要应用层处理丢包和乱序
性能：
- TCP 有连接建立和确认开销
- UDP 延迟更低，适合实时应用

端口和连接

1. 监听端口

一个端口只能被一个进程监听

2. 连接与端口的关系

一个端口可以承载多个连接
每个连接由四元组唯一标识
- 源IP
- 源端口
- 目标IP
- 目标端口

套接字与连接

每个Tcp连接对应一个唯一的套接字
监听套接字负责接受新连接
已连接套接字处理具体的传输
Tcp的“有连接”本质是指通信双方维护共同的状态信息，而Udp的“无连接”是指每个数据包都是独立处理的，不依赖之前的通信状态。

选择建议

选择 TCP 当：
- 需要可靠的数据传输
- 数据传输的完整性比实时性更重要
- 传输大量数据
选择 UDP 当：
- 低延迟比可靠性更重要
- 可以容忍少量数据丢失
- 需要广播或多播功能
- 传输小数据包且频繁

这两种协议各有优势，选择哪种取决于您的具体应用需求。