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初步理解socket

2024-07-08 11:47:26   227人阅读

近期研究下socket，发现自己还是有非常多不明确的地方，索性沉下心来，从最基础開始学习，開始看起，如今对自己的学习做下小小总结，以便和大家分享，如有谬误，敬请指正。

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TCP/IP

在学习socket之前，先回想下TCP/IP协议。

TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）即传输控制协议/网间协议，定义了主机怎样连入因特网及数据怎样再它们之间传输的标准，从字面意思来看TCP/IP是TCP和IP协议的合称，但实际上TCP/IP协议是指因特网整个TCP/IP协议族。不同于ISO模型的七个分层，TCP/IP协议參考模型把全部的TCP/IP系列协议归类到四个抽象层中：

应用层：tftp、http、snmp、smtp、dns、telnet等
传输层：tcp和udp
网络层：IP ICMP OSPF EIGRP IGMP
链路层：SLIP CSLIP PPP MTU

看图说话：


在TCP/IP协议中两个因特网主机通过两个路由器和相应的层连接。各主机上的应用通过一些数据通道相互运行读取操作：


socket

怎样唯一标识一个进程
利用三元组:ip地址、协议、port号。事实上这是TCP/IP协议提供的解决方案，网络层的ip地址能够唯一标识网络中的主机。传输层的协议+port能够唯一标识主机中的应用程序。
在能唯一标识进程后，就能够进行socket通信了，socket是基于unix的一种“open--write/read--close”模式的一种实现。它把TCP/IP层复杂的操作抽象为几个简单的接口供应用层调用以实现进程在网络中通信。
看图说话：
注：socket起源于UNIX，在Unix一切皆文件哲学的思想下，socket是一种"打开—读/写—关闭"模式的实现，server和client各自维护一个"文件"，在建立连接打开后，能够向自己文件写入内容供对方读取或者读取对方内容，通讯结束时关闭文件。

socket的通信流程

socket是"打开—读/写—关闭"模式的实现，以使用TCP协议通讯的socket为例，其交互流程大概是这样子的

、

server依据地址类型（ipv4,ipv6）、socket类型、协议创建socket


server为socket绑定ip地址和port号


serversocket监听port号请求，随时准备接收client发来的连接，这时候server的socket并没有被打开


client创建socket


client打开socket，依据serverip地址和port号试图连接serversocket


serversocket接收到clientsocket请求，被动打开，開始接收client请求，直到client返回连接信息。这时候socket进入堵塞状态，所谓堵塞即accept()方法一直到client返回连接信息后才返回，開始接收下一个client谅解请求


client连接成功，向server发送连接状态信息


serveraccept方法返回，连接成功


client向socket写入信息


server读取信息


client关闭


server端关闭

有名的三次握手

在TCP/IP协议中，TCP协议通过三次握手建立一个可靠的连接：
第一次握手：client尝试连接server，向server发送syn包（同步序列编号Synchronize Sequence Numbers），syn=j，client进入SYN_SEND状态等待server确认


第二次握手：server接收clientsyn包并确认（ack=j+1），同一时候向client发送一个SYN包（syn=k），即SYN+ACK包，此时server进入SYN_RECV状态


第三次握手：第三次握手：client收到server的SYN+ACK包，向server发送确认包ACK(ack=k+1），此包发送完毕，client和server进入ESTABLISHED状态，完毕三次握手


定眼一看，serversocket与clientsocket建立连接的部分事实上就是大名鼎鼎的三次握手：


socket编程API

主要參考java api：
int socket(int domain, int type, int protocol);
依据指定的地址族、数据类型和协议来分配一个socket的描写叙述字及其所用的资源。
domain:协议族，经常使用的有AF_INET、AF_INET6、AF_LOCAL、AF_ROUTE当中AF_INET代表使用ipv4地址
type:socket类型，经常使用的socket类型有，SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW、SOCK_PACKET、SOCK_SEQPACKET等
protocol:协议。经常使用的协议有，IPPROTO_TCP、IPPTOTO_UDP、IPPROTO_SCTP、IPPROTO_TIPC等
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
把一个地址族中的特定地址赋给socket
sockfd:socket描写叙述字，也就是socket引用
addr:要绑定给sockfd的协议地址
addrlen:地址的长度

通常server在启动的时候都会绑定一个众所周知的地址（如ip地址+port号），用于提供服务，客户就能够通过它来接连server；而client就不用指定，有系统自己主动分配一个port号和自身的ip地址组合。这就是为什么通常server端在listen之前会调用bind()，而client就不会调用，而是在connect()时由系统随机生成一个。

int listen(int sockfd, int backlog);
监听socket
sockfd:要监听的socket描写叙述字
backlog:对应socket能够排队的最大连接个数 

int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
连接某个socket
sockfd:client的socket描写叙述字
addr:server的socket地址
addrlen:socket地址的长度

int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
TCPserver监听到client请求之后，调用accept()函数取接收请求
sockfd:server的socket描写叙述字
addr:client的socket地址
addrlen:socket地址的长度

ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
读取socket内容
fd:socket描写叙述字
buf：缓冲区
count：缓冲区长度

ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
向socket写入内容，事实上就是发送内容
fd:socket描写叙述字
buf：缓冲区
count：缓冲区长度

int close(int fd);
socket标记为以关闭 ，使对应socket描写叙述字的引用计数-1，当引用计数为0的时候，触发TCPclient向server发送终止连接请求。


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