套接字：通信端点

Posted 2020-10-15 明王不动心

一、什么是套接字

套接字是一种具有之前所说的“通信端点”概念的计算机网络数据结构。

网络化的应用程序在开始任何通讯之前都必须要创建套接字。就像电话的插口一样，没有它就完全没有办法通信。

 

套接字起源于20世纪70年代加州大学伯克利分校版本的Unix，即人们所说的BSD Unix。因此有时人们也把套接字称为“伯克利套接字”或“BSD 套接字”。

一开始套接字被设计用在同一台主机上多个应用程序之间的通讯。这也被称作进程间的通讯，或IPC。套接字有两种，分别是基于文件型的和基于网络型的。

 

Unix套接字是我们要介绍的第一个套接字家族。其“家族名”为AF_UNIX（在POSIX.g标准中也叫AF_LOCAL），表示“地址家族：UNIX”。

包括python在内的大多数流行平台上都使用术语“地址家族（Address family）”及其缩写“AF”。

而老一点的系统中，地址家族被称为“域”或“协议家族”，并使用缩写“PF”而不是“AF”。

同样的，AF_LOCAL将会代替AF_UNIX，不过为了向后兼容，很多系统上，两者是等价的。Python自己则仍然使用AF_UNIX。

 

由于两个进程都运行在同一台机器上，而这些套接字是基于文件。所以，它们的底层结构是由文件系统来支持的。同一台电脑上，文件系统能够被不同的进程访问。

另一种套接字是基于网络的，它有自己的家族名字：AF_INET，或叫“地址家族：Internet”。还有一种家族AF_INET6被用于网际协议第6版（IPV6）寻址上。

还有一些其他的地址家族，运用在某些平台上，运用的非常少。所有地址家族中，AF_INET是使用最广泛的一个。

python2.5中加入了一种Linux套接字的支持：AF_NETLINK套接字家族让用户代码和和内核代码之间的IPC可以使用标准BSD套接字接口。

python只支持AF_UNIX、AF_NETLINK和AF_INET家族，大部分时候我们都是使用AF_INET。

 

二、套接字地址：主机与端口

如果把套接字比作电话的插口——即通信的最底层结构，那主机主机与端口就像区号与电话号码的一堆组合。

有了能打电话的硬件还不够，你还要知道你要打给谁，往哪打。一个因特网地址由网络通信所必须的主机和端口组成。

 

合法的端口范围为0-65535。其中小于1024的端口号为系统保留端口。

如果你使用的是Unix操作系统，那么就可以通过/etc/services文件获取保留的端口号（及其对应的服务/协议和套接字类型）。

 

三、面向连接与无连接

1.面向连接（TCP）

无论你使用那一种地址家族，套接字的类型只有两种。

一种是面向连接的套接字，即在通信之前一定要建立一条连接。这种通信方式也被称为“虚电路”或“流套接字”。

面向连接的通信方式提供了顺序的、可靠的、不会重复的数据传输，而且也不会被加上数据边界。

这也意味着，每一个要发送的信息，可能会被拆分成多份，每一份都会不多不少地正确地到达目的地，然后被重新按顺序拼装起来，传给正在等待地应用程序。

 

实现这种连接地主要协议就是传输控制协议（即TCP）。要创建TCP套接字就得在创建得时候指定套接字类型为SOCK_STREAM。

TCP套接字采用SOCK_STREAM这个名字，表达了它作为流套接字特点。

由于这些套接字使用使用网际协议（IP）来查找网络中的主机，所以这样形成的系统，一般会由这两个协议（TCP和IP）名的组合来描述，即TCP/IP。

 

2.无连接

与虚电路完全相反的是数据报型的无连接套接字。这意味着，无需建立连接就可以进行通讯。但这时，数据达到的顺序、可靠性及不重复性就无法保证了。

数据报会保留数据边界，这就表示，数据是整个发送的，不会像面向连接的协议那样被先拆分成小块。

 

使用数据报来传输数据就像邮政服务一样。邮件和包裹不一定会按他们发送的顺序到达。

事实上，它们还有可能根本到达不了，而且，在网络中报文甚至会重复发送，这也增加了复杂性。

之所以会用它，是由于面向连接套接字要提供一些保证，以及要维持虚电路连接，这都是很重的额外负担。

数据报没有这些负担，所以它更便宜，通常能提供更好的性能，更适合某些应用场合。

 

实现这种连接的主要协议就是用户数据报协议（即UDP）。

要创建UDP套接字就得在创建的时候指定套接字类型为SOCK_DGRAM。

由于这些套接字使用网际协议来查找网络中的主机，这样形成的整个系统，一般会由这两个协议（UDP和IP）名的组合来描述，即UDP/IP。

 

补充：

POSIX：可移植操作系统接口（Portable Operating System Interface of UNIX，缩写为 POSIX）。

POSIX定义了操作系统应该为应用程序提供的接口标注，是IEEE（电气和电子工程师协会）为要在各种UNIX操作系统上运行的软件而定义的一系列APU标准的总称。