1. 什么是socket套接字

套接字就像一個插座，插座需要一個插頭來連接雙方才能通電，而socket通信也需要兩個端，一個服務端一個客戶端。一般來說，服務端是被動的，客戶端是主動的，也就是說服務端應該先啟動，啟動之后就被動的去準備被（客戶端）連接以提供服務，而客戶端需要服務的時候就主動去連接服務器端。

實際上，socket編程就是網(wǎng)絡IO編程，同樣也是讀寫操作，只不過是對網(wǎng)絡進行讀寫，通過read/write和文件描述符來完成讀寫。我們在創(chuàng)建套接字的時候，會得到文件描述符，然后就可以通過這個文件描述符來完成讀寫操作。

實際上，我們在進程間通信時用的管道也是在內核中分配一塊緩沖區(qū)，這個緩沖區(qū)是用一個環(huán)形隊列來維護的，本質是內存中的一塊存儲空間，在管道的讀寫兩端分別對應一個文件描述符，操作讀端的文件描述符fd就相當于操作內核緩沖區(qū)。

套接字創(chuàng)建成功后，也會得到一個文件描述符fd，通過fd來操作一塊內核緩沖區(qū)。在服務器端創(chuàng)建一個套接字，就會得到一個內核緩沖區(qū)和文件描述符，這個緩沖區(qū)分為讀寫兩部分。在客戶端發(fā)數(shù)據(jù)使用的是write操作，當我們執(zhí)行write(fd)的時候，數(shù)據(jù)并不是直接寫到網(wǎng)上的，而是先寫到文件描述符對應的內核緩沖區(qū)中的寫緩沖區(qū)部分，寫緩沖區(qū)中只要有數(shù)據(jù)就會自動發(fā)送到服務器端的讀緩沖區(qū)中，服務器端通過read就可以把數(shù)據(jù)讀出。我們所做的只有read和write操作，其他操作都是由操作系統(tǒng)完成的。需要注意的一點是，讀緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)讀走了之后就沒有了，和管道一樣。

套接字對應的文件描述符默認也是阻塞的，實際上阻塞是文件描述符對應的文件所擁有的性質，而不是read/write的屬性，這兩個函數(shù)只負責讀取或者寫數(shù)據(jù)，即阻塞性質是對文件描述符所對應的文件類型而言的。

?2. socket編程

- socket是一套網(wǎng)絡通信的函數(shù)接口

- socket內封裝了傳輸層協(xié)議

- TCP

- UDP

socket編程就是使用別人提供的一套網(wǎng)絡通信接口進行編程。比如說我們使用瀏覽器搜索內容，瀏覽器使用的是HTTP協(xié)議，而HTTP協(xié)議再往下封裝的就是TCP協(xié)議。

在套接字編程時需要IP和Port：

- IP地址：在網(wǎng)絡環(huán)境中，需要IP來定位一臺主機

- 端口號Port：在一臺主機上，需要Port來定位一個進程

- IP:Port

?3. 網(wǎng)絡字節(jié)序

- 大端：網(wǎng)絡字節(jié)序，數(shù)據(jù)的高位字節(jié)存儲在內存的低地址。

- 小端：主機字節(jié)序，數(shù)據(jù)的高位字節(jié)存儲在內存的高位地址。常見的主機數(shù)據(jù)都是小端存儲。

函數(shù)介紹：

#include <arpa/inet.h>

(1) 主機字節(jié)序轉網(wǎng)絡字節(jié)序

uint16_t htons(uint16_t hostshort); //端口uint32_t htonl(uint32_t hostlong); //IP

(2) 網(wǎng)絡字節(jié)序轉主機字節(jié)序

uint16_t ntohs(uint16_t netshort); //端口uint32_t ntohl(uint32_t netlong); //IP

假如說我們要將小端字節(jié)序轉換為大端字節(jié)序，如果主機是小端字節(jié)序，這些函數(shù)將參數(shù)做相應的大小端轉換后返回，如果主機是大端字節(jié)序，這些函數(shù)將不做任何變換，將參數(shù)原封不動的返回。

常見的文件字節(jié)序：

- Adobe PS  ---  Big Endian- BMP             ---    Little Endian- GIF               ---    Little Endian- JPEG             ---    Big Endian- MacPaint     ---    Big Endian- RTF               ---     Little Endian

注：在Java以及所有的網(wǎng)絡通訊協(xié)議都是使用Big-Endian編碼。

?4. IP地址轉換函數(shù)

指定IP轉換為點分十進制字符串

- 本地IP轉網(wǎng)絡字節(jié)序：字符串 ---> int(大端方式存儲)

  int inet_pton(int af, const char* src, void* dst);

- af：地址簇協(xié)議

- src：點分十進制IP

- dest：傳出參數(shù)，轉換后的int整形的存放地址

- 網(wǎng)絡字節(jié)序轉本地IP：int ---> 字符串

  const char *inet_ntop(int af, const void* src, char* dst, socklen_t size);

5. sockaddr數(shù)據(jù)結構

- sockaddr

- sockaddrin

- sockaddrun

struct sockaddr {/* address family, AF_xxx */sa_family_t sa_family; /* 14 bytes of protocol address */char sa_data[14];};struct sockaddr_in {__kernel_sa_family_t sin_family;   // 地址族協(xié)議     __be16 sin_port;  // 端口struct in_addr sin_addr;   // IP地址unsigned char __pad[__SOCK_SIZE__ - sizeof(short int) - sizeof(unsigned short int) - sizeof(struct in_addr)];};struct in_addr {__be32 s_addr;};

IPv4地址用socketaddr_in結構體表示，包括16位端口號和32位IP地址，IPv6地址用socketaddr_in6結構體表示，包括16位端口號、128位IP地址和一些控制字段。

6. 網(wǎng)絡套接字函數(shù)

(1) 創(chuàng)建套接字

int?socket(int?domain,?int?type,?int?protocol);

- 創(chuàng)建一個套接字

- domin

- AF_INET：這是大多數(shù)用來產生socket的協(xié)議，使用TCP或UDP來傳輸，使用IPv4的地址；

- AF_INET6：使用IPv6的地址；

- AF_UNIX：本地協(xié)議，使用在Unix和Linux系統(tǒng)上，一般都是當客戶端和服務器端都在同一臺機器上的時候使用；

- type

- SOCK_STREAM：流式協(xié)議，這個協(xié)議是按照順序的、可靠的、數(shù)據(jù)類型完整的、基于字節(jié)流的連接。這是一個使用最多的socket類型，這個socket是使用TCP來進行傳輸?shù)模?/p>

- SOCK_DGRAM：報式協(xié)議，這個協(xié)議式無連接的、固定長度的傳輸調用，該協(xié)議是不可靠的，使用UDP進行傳輸；

- SOCK_SEQPACKET：該協(xié)議是雙線路的、可靠的連接，發(fā)送固定長度的數(shù)據(jù)包進行傳輸，必須把這個包完整的接收才能進行讀取；

- SOCK_RAW：socket類型提供單一的網(wǎng)絡訪問，這個socket類型使用ICMP公共協(xié)議，ping以及traceroute都使用該協(xié)議；

- SOCK_RDM：這個類型使用較少，在大部分操作系統(tǒng)上沒有實現(xiàn)，它提供給數(shù)據(jù)鏈路層使用，不保證數(shù)據(jù)包的順序；

- protocol：設置0表示使用默認協(xié)議；協(xié)議，常見的協(xié)議有IPPROTO_TCP、IPPTOTO_UDP、 IPPROTO_SCTP、IPPROTO_TIPC他們分別對應這TCP傳輸協(xié)議、UDP傳輸協(xié)議、STCP傳輸協(xié)議、TIPC傳輸協(xié)議。當protocol為0時，會自動選擇type類型對應的默認協(xié)議；

- 返回值為文件描述符（套接字），即創(chuàng)建好的socket套接字的文件描述符。On success, a file descriptor for ?the ?new ?socket ?is ?returned. ? On error, -1 is returned, and errno is set appropriately.

(2) 綁定

int bind(int sockfd, const struct sockaddr* addr, socklen_t addrlen);

- 將本地的IP和端口號與創(chuàng)建出來的套接字綁定，將參數(shù)sockfd和addr綁定在一起，使sockfd這個用于網(wǎng)絡通訊的文件描述符監(jiān)聽addr所描述的地址和端口號。

- sockfd：創(chuàng)建出的文件描述符

- addr：端口和IP

- addrlen：addr結構體的長度，sizeof(addr)

(3) 監(jiān)聽

int listen(int sockfd, int backlog);

- 設置同時連接到服務器的客戶端的個數(shù)，listen()聲明sockfd處于監(jiān)聽狀態(tài)，并且最多允許有backlog個客戶端處于連接等待狀態(tài)，如果接收到更多的連接請求就忽略。

- sockfd：socket函數(shù)創(chuàng)建出來的文件描述符；

- backlog：同時能連接的最大數(shù)量，最大值為128；

(4) 接受連接

int accept(int sockfd, struct sockaddr* addr, socklen_t* addrlen);

- 阻塞等待客戶端連接請求，并接受連接。

- sockfd：文件描述符，使用socket創(chuàng)建出來的文件描述符；

- 監(jiān)聽的文件描述符；

- addr：存儲客戶端的端口和IP，是一個傳出參數(shù)；

- addrlen：傳入傳出參數(shù)（值 - 結果），傳入sizeof(addr)的大小，函數(shù)返回時返回真正接收到地址結構體的大??；

- 函數(shù)返回值是一個套接字，對應客戶端，服務器端與客戶端進程通信使用accept的返回值對應的套接字。

(5) 連接

int connect(int sockfd, const struct sockaddr* addr, socklen_t addrlen);

- 客戶端需要調用connect()函數(shù)連接服務器，connect和bind的參數(shù)形式一致，區(qū)別在于bind的參數(shù)是自己的地址，而connect的參數(shù)是對方的地址。

- sockfd：套接字；

- addr：傳入?yún)?shù)，指定服務器端地址信息，服務器端的IP和端口；

- addrlen：第二個參數(shù)addr的長度；

7. TCP通信流程圖