Socket初识

Posted 2020-10-11 Bigberg

一、Socket介绍

　　Socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层，它是一组接口。在设计模式中，Socket其实就是一个门面模式，它把复杂的TCP/IP协议族隐藏在Socket接口后面，对用户来说，一组简单的接口就是全部，让Socket去组织数据，以符合指定的协议。

　　Socket起源于Unix，而Unix/Linux基本哲学之一就是“一切皆文件”，对于文件用【打开】【读写】【关闭】模式来操作。socket就是该模式的一个实现，socket即是一种特殊的文件，一些socket函数就是对其进行的操作（读/写IO、打开、关闭）。

socket和file的区别：

• file模块是针对某个指定文件进行【打开】【读写】【关闭】
• socket模块是针对 服务器端 和 客户端Socket 进行【打开】【读写】【关闭】

二、Socket相关的一些概念

2.1 TCP协议和UDP协议

　　首先TCP/IP是一个协议簇，里面包括很多协议的。UDP只是其中的一个。之所以命名为TCP/IP协议， 因为TCP,IP协议是两个很重要的协议，所以就用其来命名。

2.2 TCP和UDP的区别

　　

 

2.3 TCP协议

　　TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）是面向连接的协议，即在收发数据钱 ，都需要与对面建立可靠的链接，这也是面试经常会问到的TCP的三次握手以及TCP的四次挥手！

　　TCP三次握手如下：

• 客户端向服务器端发生一个SYN J,此时客户端状态为 SYN_SENT
• 服务器端向客户端响应一个SYN K,并对 SYN J 进行确认 ACK J+1，服务器进入SYN_RCVD状态
• 客户端再向服务器端发送一个确认ACK K+1，如果正确客户端和服务端都进入ESTABLISHED状态，此时可以进行数据传输

　　TCP四次挥手断开如下：

• 第一次挥手：Client发送一个FIN，用来关闭Client到Server的数据传送，Client进入 FIN_WAIT_1状态
• 第二次挥手：Server收到FIN后，发送一个ACK给Client，确认序号为收到序号+1（与SYN相同， 一个FIN占用一个序号），Server进入CLOSE_WAIT状态。
• 第三次挥手：Server发送一个FIN，用来关闭Server到Client的数据传送，Server进入LAST_ACK 状态。
• 第四次挥手：Client收到FIN后，Client进入TIME_WAIT状态，接着发送一个ACK给Server，确认序号为收到序号+1，Server进入CLOSED状态，完成四次挥手

　　

　　为什么建立连接是三次握手，而关闭连接却是四次挥手呢？ 答：因为服务端在LISTEN状态下，收到建立连接请求的SYN报文后，把ACK和SYN放在一个报文里 发送给客户端。而关闭连接时，当收到对方的FIN报文时，仅仅表示对方不再发送数据了但是还 能接收数据，己方也未必全部数据都发送给对方了，所以己方可以立即close，也可以发送一些 数据给对方后，再发送FIN报文给对方来表示同意现在关闭连接，因此，己方ACK和FIN一般都会 分开发送。

2.4 UDP协议

　　UDP(User Datagram Protocol)用户数据报协议，非连接的协议，传输数据之前源端和终端不 建立连接，当它想传送时就简单地去抓取来自应用程序的数据，并尽可能快地把它扔到网络上。 在发送端，UDP传送数据的速度仅仅是受应用程序生成数据的速度、计算机的能力和传输带宽 的限制；在接收端，UDP把每个消息段放在队列中，应用程序每次从队列中读一个消息段。 相比TCP就是无需建立链接，结构简单，无法保证正确性，容易丢包。

2.5 IP地址

　　IP地址是IP协议提供的一种统一的地址格式，它为互联网上的每一个网络和每一台主机分配一个逻辑地址，以此来屏蔽物理地址的差异。

端口：

• 用于区分不同的应用程序
• 端口号的范围为0-65535，其中0-1023未系统的保留端口，我们的程序尽可能别使用这些端口！
• IP地址和端口号组成了我们的Socket，Socket是网络运行程序间双向通信链路的终结点， 是TCP和UDP的基础！
• 常用协议使用的端口：HTTP:80，FTP：21，TELNET：23

 三、Socket中TCP/IP协议连接

3.1 TCP/IP中各种协议

　　

 

3.2 socket在上述模型中的位置

　　TCP/IP协议族包括运输层、网络层、链路层，而socket所在位置如图，Socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层。

　　

 

3.3 Socket客户端和服务端连接过程

3.4 socket中TCP的三次握手

　　

　　从图中可以看出，当客户端调用connect时，触发了连接请求，向服务器发送了SYN J包，这时connect进入阻塞状态；服务器监听到连接请求，即收到SYN J包，调用accept函数接收请求向客户端发送SYN K ，ACK J+1，这时accept进入阻塞状态；客户端收到服务器的SYN K ，ACK J+1之后，这时connect返回，并对SYN K进行确认；服务器收到ACK K+1时，accept返回，至此三次握手完毕，连接建立。

 3.5 socket中TCP的四次挥手

　　

图示过程如下：

• 某个应用进程首先调用close主动关闭连接，这时TCP发送一个FIN M；
• 另一端接收到FIN M之后，执行被动关闭，对这个FIN进行确认。它的接收也作为文件结束符传递给应用进程，因为FIN的接收意味着应用进程在相应的连接上再也接收不到额外数据；
• 一段时间之后，接收到文件结束符的应用进程调用close关闭它的socket。这导致它的TCP也发送一个FIN N；
• 接收到这个FIN的源发送端TCP对它进行确认。

这样每个方向上都有一个FIN和ACK。