面试官：怎样理解socket的实现机制

Posted 2021-03-29 码农学习宝典

要写网络程序就必须用Socket，这是程序员都知道的。而且，面试的时候，我们也会被问对方会不会Socket编程？

一般来说，很多人都会说，Socket编程基本就是listen，accept以及send，write等几个基本的操作。是的，就跟常见的文件操作一样，只要写过就一定知道。

对于网络编程，我们也言必称TCP/IP，似乎其它网络协议已经不存在了。对于TCP/IP，我们还知道TCP和UDP，前者可以保证数据的正确和可靠性，后者则允许数据丢失。

除此，普通的程序员就不会知道太多了，很多时候这些知识已经够用了。最多，写服务程序的时候，会使用多线程来处理并发访问。

我们还知道如下几个事实：

1. 一个指定的端口号不能被多个程序共用。比如，如果IIS占用了80端口，那么Apache就不能也用80端口了。

2. 很多防火墙只允许特定目标端口的数据包通过。

3. 服务程序在listen某个端口并accept某个连接请求后，会生成一个新的socket来对该请求进行处理。

问题

于是，好奇心的疑问就来了，经典的四连问。

• 如果一个socket创建后并与80端口绑定后，是否就意味着该socket占用了80端口呢？

• 如果是这样的，那么当其accept一个请求后，生成的新的socket到底使用的是什么端口呢（系统会默认给其分配一个空闲的端口号）？

• 如果是一个空闲的端口，那一定不是80端口了，于是以后的TCP数据包的目标端口就不是80了--防火墙一定会阻止其通过的！实际上，我们可以看到，防火墙并没有阻止这样的连接，而且这是最常见的连接请求和处理方式。然而不解就是，为什么防火墙没有阻止这样的连接？

• 它是如何判定那条连接是因为connect 80端口而生成的？是不是TCP数据包里有什么特别的标志？或者防火墙记住了什么东西？

分析
带着这些问题，我们再来了解TCP/IP协议栈的原理。

TCP和UDP同属于传输层，共同架设在IP层（网络层）之上。而IP层主要负责的是在节点之间（End to End）的数据包传送，这里的节点是一台网络设备，比如计算机。因为IP层只负责把数据送到节点，而不能区分上面的不同应用，所以TCP和UDP协议在其基础上加入了端口的信息，端口于是标识的是一个节点上的一个应用。

所谓accept函数，其实抽象的是TCP的连接建立过程。accept函数返回的新socket其实指代的是本次创建的连接，而一个连接是包括两部分信息的，一个是源IP和源端口，另一个是宿IP和宿端口。

所以，accept可以产生多个不同的socket，而这些socket里包含的宿IP和宿端口是不变的，变化的只是源IP和源端口。这样的话，这些socket宿端口就可以都是80，而Socket层还是能根据源/宿对来准确地分辨出IP包和socket的归属关系，从而完成对TCP/IP协议的操作封装！而同时，放火墙的对IP包的处理规则也是清晰明了，不存在前面设想的种种复杂的情形。

总结
明白socket只是对TCP/IP协议栈操作的抽象，而不是简单的映射关系，这很重要！

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