JAVA Socket 底层是怎样基于TCP/IP 实现的

Posted 2023-04-13

　　首先必须明确：TCP/IP模型中有四层结构：
应用层（Application Layer）、传输层（Transport Layer）、网络层（Internet Layer ）、链路层（LinkLayer）
其中Ip协议（Internet Protocol）是位于网络层的，TCP协议时位于传输层的。通过Ip协议可以使可以使两台计算机使用同一种语言，从而允许Internet上连接不同类型的计算机和不同操作系统的网络。Ip协议只保证计算机能够接收和发送分组数据。 当计算机要和远程的计算机建立连接时，TCP协议会让他们建立连接：用于发送和接收数据的虚拟电路。

在JAVA中，我们用 ServerSocket、Socket类创建一个套接字连接，从套接字得到的结果是一个InputStream以及OutputStream对象，以便将连接作为一个IO流对象对待。通过IO流可以从流中读取数据或者写数据到流中，读写IO流会有异常IOException产生。

套接字或插座(socket)是一种软件形 式的抽象，用于表达两台机器间一个连接的“终端”。针对一个特定的连接，每台机器上都有一个“套接字”，可以想象它们之间有一条虚拟的“线缆”。JAVA 有两个基于数据流的套接字类：ServerSocket，服务器用它“侦听”进入的连接；Socket，客户端用它初始一次连接。侦听套接字只能接收新的 连接请求，不能接收实际的数据包，即ServerSocket不能接收实际的数据包。
　　套接字是基于TCP/IP实现的，它是用来提供一个访问TCP的服务接口，或者说套接字socket是TCP的应用编程接口API，通过它应用层就可以访问TCP提供的服务。
　　在JAVA中，我们用 ServerSocket、Socket类创建一个套接字连接，从套接字得到的结果是一个InputStream以及OutputStream对象，以便 将连接作为一个IO流对象对待。通过IO流可以从流中读取数据或者写数据到流中，读写IO流会有异常IOException产生。 参考技术A 做4年java了 还没接触socket o(︶︿︶)o 唉 参考技术B 底层。有多底。。。最底下的native是调用了c程序 参考技术C 查看java的API文档或者看socket的源码

基于java的简单Socket编程

1TCP协议与UDP协议
     1.1 TCP       
        TCP是（Tranfer Control Protocol）的简称，是一种面向连接的保证可靠传输的协议。通过TCP协议传输，得到的是一个顺序的无差错的数据流。发送方和接收方的成对的两个socket之间必须建立连接，当一个socket（通常都是server socket）等待建立连接时，另一个socket可以要求进行连接，一旦这两个socket连接起来，它们就可以进行双向数据传输，双方都可以进行发送或接收操作。

        TCP的三次握手

        建立起一个TCP连接需要经过“三次握手”：第一次握手：客户端发送syn包(syn=j)到服务器，并进入SYN_SEND状态，等待服务器确认；第二次握手：服务器收到syn包，必须确认客户的SYN（ack=j+1），同时自己也发送一个SYN包（syn=k），即SYN+ACK包，此时服务器进入SYN_RECV状态；第三次握手：客户端收到服务器的SYN＋ACK包，向服务器发送确认包ACK(ack=k+1)，此包发送完毕，客户端和服务器进入ESTABLISHED状态，完成三次握手。

        握手过程中传送的包里不包含数据，三次握手完毕后，客户端与服务器才正式开始传送数据。理想状态下，TCP连接一旦建立，在通信双方中的任何一方主动关闭连接之前，TCP 连接都将被一直保持下去。断开连接时服务器和客户端均可以主动发起断开TCP连接的请求。

     1.2 UDP      
        UDP是（User Datagram Protocol）的简称，是一种无连接的协议，每个数据报都是一个独立的信息，包括完整的源地址或目的地址，它在网络上以任何可能的路径传往目的地，因此能否到达目的地，到达目的地的时间以及内容的正确性都是不能被保证的。

    1.3 TCP和UDP的区别
        UDP：

        1、每个数据报中都给出了完整的地址信息，因此无需要建立发送方和接收方的连接。

        2、UDP传输数据时是有大小限制的，每个被传输的数据报必须限定在64KB之内。

        3、UDP是一个不可靠的协议，发送方所发送的数据报并不一定以相同的次序到达接收方

        TCP：

        1、面向连接的协议，在socket之间进行数据传输之前必然要建立连接，所以在TCP中需要连接时间。

        2、TCP传输数据没有大小限制，一旦连接建立起来，双方的socket就可以按统一的格式传输大的数据。

        3、TCP是一个可靠的协议，它确保接收方完全正确地获取发送方所发送的全部数据。

        应用：

        1、TCP在网络通信上有极强的生命力，例如远程连接（Telnet）和文件传输（FTP）都需要不定长度的数据被可靠地传输。但是可靠的传输是要付出代价的，对数据内容正确性的检验必然占用计算机的处理时间和网络的带宽，因此TCP传输的效率不如UDP高。

        2、UDP操作简单，而且仅需要较少的监护，因此通常用于局域网高可靠性的分散系统中client/server应用程序。例如视频会议系统，并不要求音频视频数据绝对的正确，只要保证连贯性就可以了，这种情况下显然使用UDP会更合理一些。

2 socket网络编程
    2.1什么是socket?
        Socket的英文原义是“孔”或“插座”。在网络编程中，网络上的两个程序通过一个双向的通信连接实现数据的交换，这个连接的一端称为一个socket。

        Socket套接字是通信的基石，是支持TCP/IP协议的网络通信的基本操作单元。它是网络通信过程中端点的抽象表示，包含进行网络通信必须的五种信息：连接使用的协议，本地主机的IP地址，本地进程的协议端口，远地主机的IP地址，远地进程的协议端口。

        Socket本质是编程接口(API)，对TCP/IP的封装，TCP/IP也要提供可供程序员做网络开发所用的接口，这就是Socket编程接口；HTTP是轿车，提供了封装或者显示数据的具体形式；Socket是发动机，提供了网络通信的能力。

    2.2 Socket的原理
        Socket实质上提供了进程通信的端点。进程通信之前，双方首先必须各自创建一个端点，否则是没有办法建立联系并相互通信的。正如打电话之前，双方必须各自拥有一台电话机一样。

        套接字之间的连接过程可以分为三个步骤：服务器监听，客户端请求，连接确认。

        1、服务器监听：是服务器端套接字并不定位具体的客户端套接字，而是处于等待连接的状态，实时监控网络状态。

        2、客户端请求：是指由客户端的套接字提出连接请求，要连接的目标是服务器端的套接字。为此，客户端的套接字必须首先描述它要连接的服务器的套接字，指出服务器端套接字的地址和端口号，然后就向服务器端套接字提出连接请求。

        3、连接确认：是指当服务器端套接字监听到或者说接收到客户端套接字的连接请求，它就响应客户端套接字的请求，建立一个新的线程，把服务器端套接字的描述发给客户端，一旦客户端确认了此描述，连接就建立好了。而服务器端套接字继续处于监听状态，继续接收其他客户端套接字的连接请求。

3 基于java的socket网络编程实现

        Server端Listen监听某个端口是否有连接请求，Client端向Server 端发出连接请求，Server端向Client端发回Accept接受消息。这样一个连接就建立起来了。Server端和Client端都可以通过Send，Write等方法与对方通信。

        对于一个功能齐全的Socket，都要包含以下基本结构，其工作过程包含以下四个基本的步骤：

        1、创建Socket；

　　 2、 打开连接到Socket的输入/出流；

        3、按照一定的协议对Socket进行读/写操作；

        4、关闭Socket。
3基于TCP的Socket实现（此处我们简便操作将异常抛出未作处理）

　　服务端：

 

 

　　客户端：

　　运行效果：