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，但實際上TCP/IP協(xié)議是指因特網(wǎng)整個TCP/IP協(xié)議族。不同于ISO模型的七個分層，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

估計有興趣打開此文的同學(xué)都對此有一定了解了，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)議中兩個因特網(wǎng)主機通過兩個路由器和對應(yīng)的層連接。各主機上的應(yīng)用通過一些數(shù)據(jù)通道相互執(zhí)行讀取操作

socket

我們知道兩個進程如果需要進行通訊最基本的一個前提能能夠唯一的標(biāo)示一個進程，在本地進程通訊中我們可以使用PID來唯一標(biāo)示一個進程，但PID只在本地唯一，網(wǎng)絡(luò)中的兩個進程PID沖突幾率很大，這時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，而TCP層協(xié)議和端口號可以唯一標(biāo)示主機的一個進程，這樣我們可以利用ip地址+協(xié)議+端口號唯一標(biāo)示網(wǎng)絡(luò)中的一個進程。

能夠唯一標(biāo)示網(wǎng)絡(luò)中的進程后，它們就可以利用socket進行通信了，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抽象層，它把TCP/IP層復(fù)雜的操作抽象為幾個簡單的接口供應(yīng)用層調(diào)用已實現(xiàn)進程在網(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"模式的實現(xiàn)，服務(wù)器和客戶端各自維護一個"文件"，在建立連接打開后，可以向自己文件寫入內(nèi)容供對方讀取或者讀取對方內(nèi)容，通訊結(jié)束時關(guān)閉文件。

socket通信流程

socket是"打開—讀/寫—關(guān)閉"模式的實現(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

服務(wù)器socket監(jiān)聽端口號請求，隨時準(zhǔn)備接收客戶端發(fā)來的連接，這時候服務(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地址和端口號試圖連接服務(wù)器socket

服務(wù)器socket接收到客戶端socket請求，被動打開，開始接收客戶端請求，直到客戶端返回連接信息。這時候socket進入阻塞狀態(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，開始接收下一個客戶端諒解請求

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Synchronize Sequence Numbers)，syn=j，客戶端進入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)，同時向客戶端發(fā)送一個SYN包(syn=k)，即SYN+ACK包，此時服務(wù)器進入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"模式的實現(xiàn)，簡單了解一下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:地址的長度

通常服務(wù)器在啟動的時候都會綁定一個眾所周知的地址(如ip地址+端口號)，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)自動分配一個端口號和自身的ip地址組合。這就是為什么通常服務(wù)器端在listen之前會調(diào)用bind()，而客戶端就不會調(diào)用，而是在connect()時由系統(tǒng)隨機生成一個。

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可以排隊的最大連接個數(shù)

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

連接某個socket

sockfd:客戶端的socket描述字

addr:服務(wù)器的socket地址

addrlen:socket地址的長度

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

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

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)長度

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

向socket寫入內(nèi)容，其實就是發(fā)送內(nèi)容

fd:socket描述字

buf：緩沖區(qū)

count：緩沖區(qū)長度

int close(int fd);

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

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)很不錯了，我就不班門弄斧了，而且我用C#實現(xiàn)了一個websocket server，接下來的博客中會有介紹。另外由于剛剛實際接觸socket，文中謬誤較多，還望大家批評指正，文章內(nèi)容主要參考上面兩個博文，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)問題請站內(nèi)信聯(lián)系，第一時間處理。