簡(jiǎn)單理解Socket

TCP/IP

要想理解socket首先得熟悉一下TCP/IP協(xié)議族， TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)即傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)間協(xié)議，定義了主機(jī)如何連入因特網(wǎng)及數(shù)據(jù)如何再它們之間傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)，

從字面意思來看TCP/IP是TCP和IP協(xié)議的合稱，但實(shí)際上TCP/IP協(xié)議是指因特網(wǎng)整個(gè)TCP/IP協(xié)議族。不同于ISO模型的七個(gè)分層，TCP/IP協(xié)議參考模型把所有的TCP/IP系列協(xié)議歸類到四個(gè)抽象層中

應(yīng)用層：TFTP，HTTP，SNMP，F(xiàn)TP，SMTP，DNS，Telnet 等等

傳輸層：TCP，UDP

網(wǎng)絡(luò)層：IP，ICMP，OSPF，EIGRP，IGMP

數(shù)據(jù)鏈路層：SLIP，CSLIP，PPP，MTU

每一抽象層建立在低一層提供的服務(wù)上，并且為高一層提供服務(wù)，看起來大概是這樣子的

估計(jì)有興趣打開此文的同學(xué)都對(duì)此有一定了解了，加上我也是一知半解，所以就不詳細(xì)解釋，有興趣同學(xué)可以上網(wǎng)上搜一下資料

維基百科

百度百科

在TCP/IP協(xié)議中兩個(gè)因特網(wǎng)主機(jī)通過兩個(gè)路由器和對(duì)應(yīng)的層連接。各主機(jī)上的應(yīng)用通過一些數(shù)據(jù)通道相互執(zhí)行讀取操作

socket

我們知道兩個(gè)進(jìn)程如果需要進(jìn)行通訊最基本的一個(gè)前提能能夠唯一的標(biāo)示一個(gè)進(jìn)程，在本地進(jìn)程通訊中我們可以使用PID來唯一標(biāo)示一個(gè)進(jìn)程，但PID只在本地唯一，網(wǎng)絡(luò)中的兩個(gè)進(jìn)程PID沖突幾率很大，這時(shí)候我們需要另辟它徑了，我們知道IP層的ip地址可以唯一標(biāo)示主機(jī)，而TCP層協(xié)議和端口號(hào)可以唯一標(biāo)示主機(jī)的一個(gè)進(jìn)程，這樣我們可以利用ip地址+協(xié)議+端口號(hào)唯一標(biāo)示網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)進(jìn)程。

能夠唯一標(biāo)示網(wǎng)絡(luò)中的進(jìn)程后，它們就可以利用socket進(jìn)行通信了，什么是socket呢?我們經(jīng)常把socket翻譯為套接字，socket是在應(yīng)用層和傳輸層之間的一個(gè)抽象層，它把TCP/IP層復(fù)雜的操作抽象為幾個(gè)簡(jiǎn)單的接口供應(yīng)用層調(diào)用已實(shí)現(xiàn)進(jìn)程在網(wǎng)絡(luò)中通信。

socket起源于UNIX，在Unix一切皆文件哲學(xué)的思想下，socket是一種"打開—讀/寫—關(guān)閉"模式的實(shí)現(xiàn)，服務(wù)器和客戶端各自維護(hù)一個(gè)"文件"，在建立連接打開后，可以向自己文件寫入內(nèi)容供對(duì)方讀取或者讀取對(duì)方內(nèi)容，通訊結(jié)束時(shí)關(guān)閉文件。

socket通信流程

socket是"打開—讀/寫—關(guān)閉"模式的實(shí)現(xiàn)，以使用TCP協(xié)議通訊的socket為例，其交互流程大概是這樣子的

服務(wù)器根據(jù)地址類型(ipv4,ipv6)、socket類型、協(xié)議創(chuàng)建socket

服務(wù)器為socket綁定ip地址和端口號(hào)

服務(wù)器socket監(jiān)聽端口號(hào)請(qǐng)求，隨時(shí)準(zhǔn)備接收客戶端發(fā)來的連接，這時(shí)候服務(wù)器的socket并沒有被打開

客戶端創(chuàng)建socket

客戶端打開socket，根據(jù)服務(wù)器ip地址和端口號(hào)試圖連接服務(wù)器socket

服務(wù)器socket接收到客戶端socket請(qǐng)求，被動(dòng)打開，開始接收客戶端請(qǐng)求，直到客戶端返回連接信息。這時(shí)候socket進(jìn)入阻塞狀態(tài)，所謂阻塞即accept()方法一直到客戶端返回連接信息后才返回，開始接收下一個(gè)客戶端諒解請(qǐng)求

客戶端連接成功，向服務(wù)器發(fā)送連接狀態(tài)信息

服務(wù)器accept方法返回，連接成功

客戶端向socket寫入信息

服務(wù)器讀取信息

客戶端關(guān)閉

服務(wù)器端關(guān)閉

三次握手

在TCP/IP協(xié)議中，TCP協(xié)議通過三次握手建立一個(gè)可靠的連接

第一次握手：客戶端嘗試連接服務(wù)器，向服務(wù)器發(fā)送syn包(同步序列編號(hào)Synchronize Sequence Numbers)，syn=j，客戶端進(jìn)入SYN_SEND狀態(tài)等待服務(wù)器確認(rèn)

第二次握手：服務(wù)器接收客戶端syn包并確認(rèn)(ack=j+1)，同時(shí)向客戶端發(fā)送一個(gè)SYN包(syn=k)，即SYN+ACK包，此時(shí)服務(wù)器進(jìn)入SYN_RECV狀態(tài)

第三次握手：第三次握手：客戶端收到服務(wù)器的SYN+ACK包，向服務(wù)器發(fā)送確認(rèn)包ACK(ack=k+1)，此包發(fā)送完畢，客戶端和服務(wù)器進(jìn)入ESTABLISHED狀態(tài)，完成三次握手

定睛一看，服務(wù)器socket與客戶端socket建立連接的部分其實(shí)就是大名鼎鼎的三次握手

socket編程API

前面提到socket是"打開—讀/寫—關(guān)閉"模式的實(shí)現(xiàn)，簡(jiǎn)單了解一下socket提供了哪些API供應(yīng)用程序使用，還是以TCP協(xié)議為例，看看Unix下的socket API，其它語言都很類似(PHP甚至名字都幾乎一樣)，這里我就簡(jiǎn)單解釋一下方法作用和參數(shù)，具體使用有興趣同學(xué)可以看看博客參考中的鏈接或者上網(wǎng)搜索

int socket(int domain, int type, int protocol);

根據(jù)指定的地址族、數(shù)據(jù)類型和協(xié)議來分配一個(gè)socket的描述字及其所用的資源。

domain:協(xié)議族，常用的有AF_INET、AF_INET6、AF_LOCAL、AF_ROUTE其中AF_INET代表使用ipv4地址

type:socket類型，常用的socket類型有，SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW、SOCK_PACKET、SOCK_SEQPACKET等

protocol:協(xié)議。常用的協(xié)議有，IPPROTO_TCP、IPPTOTO_UDP、IPPROTO_SCTP、IPPROTO_TIPC等

int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

把一個(gè)地址族中的特定地址賦給socket

sockfd:socket描述字，也就是socket引用

addr:要綁定給sockfd的協(xié)議地址

addrlen:地址的長(zhǎng)度

通常服務(wù)器在啟動(dòng)的時(shí)候都會(huì)綁定一個(gè)眾所周知的地址(如ip地址+端口號(hào))，用于提供服務(wù)，客戶就可以通過它來接連服務(wù)器;而客戶端就不用指定，有系統(tǒng)自動(dòng)分配一個(gè)端口號(hào)和自身的ip地址組合。這就是為什么通常服務(wù)器端在listen之前會(huì)調(diào)用bind()，而客戶端就不會(huì)調(diào)用，而是在connect()時(shí)由系統(tǒng)隨機(jī)生成一個(gè)。

int listen(int sockfd, int backlog);

監(jiān)聽socket

sockfd:要監(jiān)聽的socket描述字

backlog:相應(yīng)socket可以排隊(duì)的最大連接個(gè)數(shù)

int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

連接某個(gè)socket

sockfd:客戶端的socket描述字

addr:服務(wù)器的socket地址

addrlen:socket地址的長(zhǎng)度

int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

TCP服務(wù)器監(jiān)聽到客戶端請(qǐng)求之后，調(diào)用accept()函數(shù)取接收請(qǐng)求

sockfd:服務(wù)器的socket描述字

addr:客戶端的socket地址

addrlen:socket地址的長(zhǎng)度

ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);

讀取socket內(nèi)容

fd:socket描述字

buf：緩沖區(qū)

count：緩沖區(qū)長(zhǎng)度

ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);

向socket寫入內(nèi)容，其實(shí)就是發(fā)送內(nèi)容

fd:socket描述字

buf：緩沖區(qū)

count：緩沖區(qū)長(zhǎng)度

int close(int fd);

socket標(biāo)記為以關(guān)閉 ，使相應(yīng)socket描述字的引用計(jì)數(shù)-1，當(dāng)引用計(jì)數(shù)為0的時(shí)候，觸發(fā)TCP客戶端向服務(wù)器發(fā)送終止連接請(qǐng)求。

參考

Linux Socket編程(不限Linux)

揭開Socket編程的面紗

PS. 有同學(xué)看完后發(fā)現(xiàn)沒有demo示例，參考中的示例已經(jīng)很不錯(cuò)了，我就不班門弄斧了，而且我用C#實(shí)現(xiàn)了一個(gè)websocket server，接下來的博客中會(huì)有介紹。另外由于剛剛實(shí)際接觸socket，文中謬誤較多，還望大家批評(píng)指正，文章內(nèi)容主要參考上面兩個(gè)博文，圖片全部來源于網(wǎng)絡(luò)，在百度圖片搜索得來，無法注明第一源地址，如有版權(quán)問題請(qǐng)站內(nèi)信聯(lián)系，第一時(shí)間處理。