简述Socket（套接字）通信

Posted 2023-05-02

参考技术A

所谓Socket就是套接字，套接字就是对网络中不同主机上的应用进程之间进行双向通信的端点的抽象。

一个套接字就是网络上进程通信的一端，提供了应用层进程利用网络协议交换数据的机制。从所处的地位来讲，套接字上联应用进程，下联网络协议栈，是应用程序通过网络协议进行通信的接口，是应用程序与网络协议根进行交互的接口。

一、Socket（套接字）简介：

Socket（套接字）是通信的基石，是支持TCP/IP协议的路通信的基本操作单元。可以将Socket（套接字）看作不同主机间的进程进行双间通信的端点，它构成了单个主机内及整个网络间的编程界面。Socket（套接字）存在于通信域中，通信域是为了处理一般的线程通过Socket（套接字）通信而引进的一种抽象概念。Socket（套接字）通常和同一个域中的Socket（套接字）交换数据(数据交换也可能穿越域的界限，但这时一定要执行某种解释程序)，各种进程使用这个相同的域互相之间用Internet协议簇来进行通信。

Socket（套接字）可以看成是两个网络应用程序进行通信时，各自通信连接中的端点，这是一个逻辑上的概念。它是网络环境中进程间通信的API(应用程序编程接口)，也是可以被命名和寻址的通信端点，使用中的每一个Socket（套接字）都有其类型和一个与之相连进程。通信时其中一个网络应用程序将要传输的一段信息写入它所在主机的 Socket（套接字）中，该 Socket（套接字）通过与网络接口卡(NIC)相连的传输介质将这段信息送到另外一台主机的 Socket（套接字）中，使对方能够接收到这段信息。 Socket（套接字）是由IP地址和端口结合的，提供向应用层进程传送数据包的机制。

二、Socket（套接字）表达方式：

Socket（套接字）=（IP地址：端口号），套接字的表示方法是点分十进制的lP地址后面写上端口号，中间用冒号或逗号隔开。每一个传输层连接唯一地被通信两端的两个端点（即两个套接字）所确定。

例如： 如果IP地址是210.37.145.1，而端口号是23，那么得到套接字就是(210.37.145.1：23)。

三、Socket（套接字）的主要类型：

1.流套接字(SOCK_STREAM)

流套接字用于提供面向连接、可靠的数据传输服务。该服务将保证数据能够实现无差错、无重复送，并按顺序接收。流套接字之所以能够实现可靠的数据服务，原因在于其使用了传输控制协议，即TCP(The Transmission Control Protocol)协议。

2.数据报套接字(SOCK_DGRAM)

数据报套接字提供一种无连接的服务。该服务并不能保证数据传输的可靠性,数据有可能在传输过程中丢失或出现数据重复，且无法保证顺序地接收到数据。数据报套接字使用UDP( User DatagramProtocol)协议进行数据的传输。由于数据报套接字不能保证数据传输的可靠性，对于有可能出现的数据丢失情况，需要在程序中做相应的处理。

3.原始套接字(SOCK_RAW)

原始套接字与标准套接字(标准套接字指的是前面介绍的流套接字和数据报套接字)的区别在于：原始套接字可以读写内核没有处理的IP数据包，而流套接字只能读取TCP协议的数据，数据报套接字只能读取UDP协议的数据。因此，如果要访问其他协议发送的数据必须使用原始套接。

要通过互联网进行通信，至少需要一对套接字，其中一个运行于客户端，我们称之为 Client Socket，另一个运行于服务器端，我们称之为 Server Socket。

根据连接启动的方式以及本地套接字要连接的目标，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

所谓服务器监听，是指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

所调客户端请求，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，然后就向服务器端接字提出连接请求。

3.连接确认

所谓连接确认，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，就会响应客户端套接字的请求，建立一个新的线程，并把服务器端套接字的描述发送给客户端。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，接收其他客户端套接字的连接请求。

根据套接字的不同类型，可以将套接字调用分为面向连接服务和无连接服务。

面向连接服务的主要特点如下：

(1)数据传输过程必须经过建立连接、维护连接和释放连接3个阶段；

(2)在传输过程中，各分组不需要携带目的主机的地址；

(3)可靠性好，但由于协议复杂，通信效率不高。

面向无连接服务的主要特点如下：

(1)不需要连接的各个阶段；

(2)每个分组都携带完整的目的主机地址，在系统中独立传送；

(3)由于没有顺序控制，所以接收方的分组可能出现乱序、重复和丢失现象；

(4)通信效率高，但可靠性不能确保。

Java之Socket

简述

　　Java中Socket分为普通Socket和NioSocket两种，这里介绍Socket。

　　我们可以把Socket比作两个城市间的交通工具，有了它可以在两城之间来回穿梭，交通工具有很多种，每种交通工具也有相应的交通规则。Socket也一样，也有多种。大多情况下使用的是TCP/IP的流套接字，它是一种稳定的通信协议。（TCP/IP与UDP的对比）

　　Java中的网络通信是通过Socket实现的，Socket分为ServerSocket和Socket两大类，ServerSocket用于服务端，通过accept方法监听请求，监听到请求后返回Socket，Socket用于具体完成数据传输，客户端直接使用Socket发起请求并传输数据。

　　ServerSocket的使用可以分为三步：

1. 创建ServerSocket。ServerSocket的构造方法一共有5个，通常用的是ServerSocket（int port），只需要端口号（port）即可。
2. 调用创建出来的ServerSocket的accept方法进行监听。accept方法时阻塞方法，也就是说调用accept方法后程序会停下来等待连接请求，在接收到请求之前程序将不会往下走。当接收到请求后accept方法会返回一个Socket。
3. 使用accept方法返回的Socket与客户端进行通信。

栗子

Client：

 1 package IO;
 2 
 3 import java.io.*;
 4 import java.net.Socket;
 5 import java.util.Date;
 6 
 7 /**
 8  * Created by zhengbin06 on 2017/2/2.
 9  */
10 public class Client {
11     public static void main(String[] args) {
12         String msg = "Client Data";
13         try {
14             Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 9090);
15 
16             // 先写、再读
17             PrintWriter printWriter = new PrintWriter(socket.getOutputStream());
18             // 发送数据
19             printWriter.println(msg);
20             printWriter.flush();
21             // 获得服务端返回的数据
22             BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
23             String line = bufferedReader.readLine();
24             System.out.println("received from server: " + line + "\\ttime=" + new Date().getTime());
25             // 关闭资源
26             printWriter.close();
27             bufferedReader.close();
28             socket.close();
29         } catch (IOException e) {
30             e.printStackTrace();
31         }
32     }
33 }

Server：

 1 package IO;
 2 
 3 import java.io.BufferedReader;
 4 import java.io.IOException;
 5 import java.io.InputStreamReader;
 6 import java.io.PrintWriter;
 7 import java.net.ServerSocket;
 8 import java.net.Socket;
 9 import java.util.Date;
10 
11 /**
12  * Created by zhengbin06 on 2017/2/2.
13  */
14 public class Server {
15     private static Socket socket = null;
16     private static ServerSocket serverSocket = null;
17     public static void main(String[] args) throws IOException {
18         BufferedReader bufferedReader = null;
19         PrintWriter printWriter = null;
20         try {
21             // 创建一个ServerSocket监听9090端口
22             serverSocket = new ServerSocket(9090);
23             while (true) {
24                 System.out.println("开始等待请求。。。。");
25                 // 等待请求
26                 // 监听并接受到此套接字的连接。此方法在连接传入之前一直阻塞。
27                 socket = serverSocket.accept();
28                 System.out.println("接收到请求:" + socket.toString() + "\\ttime=" + new Date().getTime());
29                 // 接收到请求后使用socket进行通信, 创建BufferedReader用于读取数据
30                 bufferedReader = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
31                 String line = bufferedReader.readLine();
32                 System.out.println("received from client: " + line + "\\ttime=" + new Date().getTime());
33     
34                 // 创建PrintWriter, 用于发送数据
35                 printWriter = new PrintWriter(socket.getOutputStream());
36                 printWriter.println("received data: " + line + "\\ttime=" + new Date().getTime());
37                 printWriter.flush();
38             }
39         } finally {
40             // 关闭所有资源
41             bufferedReader.close();
42             printWriter.close();
43             socket.close();
44             serverSocket.close();
45         }
46     }
47 }

细节

监听请求：

　　当一个新的Socket请求来到时，将为这个连接创建一个新的套接字数据结构，该套接字数据的信息包含的地址和端口正式请求源地址和端口。这个新创建的数据结构将会关联到ServerSocket实例的一个未完成的连接数据结构列表中。注意，这时服务端的与之对应的Socket实例并没有完成创建，而要等到与客户端的3次握手完成后，这个服务端的Socket实例才会返回，并将这个Socket实例对应的数据结构从未完成列表中移动已完成列表中。

数据传输：

　　当连接已经建立成功时，服务端和客户端都会拥有一个Socket实例，每个Socket实例都有一个InputStream和OutputStream，并通过这两个对象来交换数据。
　　要知道网络I/O都是以字节流传输的，当创建Socket对象时，操作系统将会为InputStream和OutputStream分别分配一定大小的缓存区，数据的写入和读取都是通过这个缓存区完成的。
　　写入端将数据写到OutputStream对应的SendQ队列中，当队列填满时，数据将被转移到另一端InputStream的RecvQ队列中，如果这时RecvQ已经满了，那么OutputStream的write方法将会阻塞，直到RecvQ队列有足够的空间容纳SendQ发送的数据。过程如下图所示：