什么是socket铐望?從底層實現(xiàn)原理來簡單理解

如何入手學(xué)習(xí)socket呢?且往下看??:

> 音譯:媒介督弓,套接字

> 大陸名:socket最初的確被譯為“媒介”乒验,但是不久后ARPANET【網(wǎng)絡(luò)之父,逐步被NSFnet所替代】就將其翻譯為“套接字”狂塘,理由如下:由于每個主機系統(tǒng)都有各自命名進程的方法鳄厌,而且常常是不兼容的,因此泪漂,要在全網(wǎng)范圍內(nèi)硬把進程名字統(tǒng)一起來是不現(xiàn)實的。所以萝勤,每個計算機網(wǎng)絡(luò)中都要引入一種起媒介作用的敌卓、全網(wǎng)一致的標準名字空間。這種標準名字瞬捕,在ARPA網(wǎng)中稱作套接字舵抹,而在很多其他計算機網(wǎng)中稱作信口。更確切地說扇救,進程之間的連接是通過套接字或信口構(gòu)成的香嗓。

> 別名:網(wǎng)絡(luò)套接字、網(wǎng)絡(luò)接口沧烈、網(wǎng)絡(luò)插槽

> 釋義:socket是一種操作系統(tǒng)提供的進程間通信機制

> 舉例:在操作系統(tǒng)中像云,通常會為應(yīng)用程序提供一組應(yīng)用程序接口(API),稱為套接字接口(英語:socket API)腋逆。應(yīng)用程序可以通過套接字接口侈贷,來使用網(wǎng)絡(luò)套接字,以進行數(shù)據(jù)交換撑蚌。最早的套接字接口來自于4.2 BSD嫁蛇,因此現(xiàn)代常見的套接字接口大多源自Berkeley套接字(Berkeley sockets)標準。在套接字接口中,以IP地址通信端口組成套接字地址(socket address)抑党。遠程的套接字地址,以及本地的套接字地址完成連接后害晦,再加上使用的協(xié)議(protocol)暑中,這個五元組(five-element tuple),作為套接字對(socket pairs)稻轨,之后就可以彼此交換數(shù)據(jù)雕凹。例如,再同一臺計算機上线欲,TCP協(xié)議與UDP協(xié)議可以同時使用相同的port而互不干擾汽摹。 操作系統(tǒng)根據(jù)套接字地址,可以決定應(yīng)該將數(shù)據(jù)送達特定的進程線程嫌套。這就像是電話系統(tǒng)中圾旨,以電話號碼加上分機號碼砍的,來決定通話對象一般。


基礎(chǔ)鞏固

基礎(chǔ)較好的同學(xué)可略過:

要想理解socket首先得熟悉一下TCP/IP協(xié)議族帚稠,TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)即傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)間協(xié)議床佳,定義了主機如何連入因特網(wǎng)及數(shù)據(jù)如何再它們之間傳輸?shù)臉藴剩?/p>

從字面意思來看TCP/IP是TCP和IP協(xié)議的合稱,但實際上TCP/IP協(xié)議是指因特網(wǎng)整個TCP/IP協(xié)議族杆麸。不同于ISO模型的七個分層,TCP/IP協(xié)議參考模型把所有的TCP/IP系列協(xié)議歸類到四個抽象層中

應(yīng)用層:TFTP饼问,HTTP揭斧,SNMP,F(xiàn)TP盅视,SMTP旦万,DNS,Telnet 等等

傳輸層:TCP拇砰,UDP

網(wǎng)絡(luò)層:IP狰腌,ICMP琼腔,OSPF,EIGRP丹莲,IGMP

數(shù)據(jù)鏈路層:SLIP甥材,CSLIP,PPP鸳惯,MTU

每一抽象層建立在低一層提供的服務(wù)上叠萍,并且為高一層提供服務(wù),看起來大概是這樣子的


圖文詳解

> 兩種常見的socket?

左圖為Stream socket【串流式】,使用TCP協(xié)議独悴;右圖為Datagram socket,使用UDP協(xié)議【訊息式】

大家可以向小編一樣將串流式想象成一條小溪,源源不斷的傳輸绵患;而訊息式是一包一包的落蝙,像一顆顆雨滴暂幼,包與包之間是有間隔的。

> socket抽象層的作用

我們知道兩個進程如果需要進行通訊最基本的一個前提能能夠唯一的標示一個進程管行,在本地進程通訊中我們可以使用PID來唯一標示一個進程邪媳,但PID只在本地唯一雨效,網(wǎng)絡(luò)中的兩個進程PID沖突幾率很大,這時候我們需要另辟它徑了徽龟,我們知道IP層的ip地址可以唯一標示主機据悔,而TCP層協(xié)議和端口號可以唯一標示主機的一個進程,這樣我們可以利用ip地址+協(xié)議+端口號唯一標示網(wǎng)絡(luò)中的一個進程朱盐。

能夠唯一標示網(wǎng)絡(luò)中的進程后菠隆,它們就可以利用socket進行通信了,什么是socket呢闰围?我們經(jīng)常把socket翻譯為套接字既峡,socket是在應(yīng)用層和傳輸層之間的一個抽象層,它把TCP/IP層復(fù)雜的操作抽象為幾個簡單的接口供應(yīng)用層調(diào)用已實現(xiàn)進程在網(wǎng)絡(luò)中通信校仑。

socket起源于UNIX迄沫,在Unix一切皆文件哲學(xué)的思想下,socket是一種"打開—讀/寫—關(guān)閉"模式的實現(xiàn)泰佳,服務(wù)器和客戶端各自維護一個"文件"尘吗,在建立連接打開后,可以向自己文件寫入內(nèi)容供對方讀取或者讀取對方內(nèi)容黔宛,通訊結(jié)束時關(guān)閉文件擒贸。

socket通信流程

socket是"打開—讀/寫—關(guān)閉"模式的實現(xiàn),以使用TCP協(xié)議通訊的socket為例介劫,其交互流程大概是這樣子的

服務(wù)器根據(jù)地址類型(ipv4,ipv6)蜕猫、socket類型、協(xié)議創(chuàng)建socket

服務(wù)器為socket綁定ip地址和端口號

服務(wù)器socket監(jiān)聽端口號請求隆圆,隨時準備接收客戶端發(fā)來的連接翔烁,這時候服務(wù)器的socket并沒有被打開

客戶端創(chuàng)建socket

客戶端打開socket,根據(jù)服務(wù)器ip地址和端口號試圖連接服務(wù)器socket

服務(wù)器socket接收到客戶端socket請求侣背,被動打開慨默,開始接收客戶端請求厦取,直到客戶端返回連接信息。這時候socket進入阻塞狀態(tài)铡买,所謂阻塞即accept()方法一直到客戶端返回連接信息后才返回,開始接收下一個客戶端諒解請求

客戶端連接成功澡为,向服務(wù)器發(fā)送連接狀態(tài)信息

服務(wù)器accept方法返回景埃,連接成功

客戶端向socket寫入信息

服務(wù)器讀取信息

客戶端關(guān)閉

服務(wù)器端關(guān)閉


三次握手

在TCP/IP協(xié)議中,TCP協(xié)議通過三次握手建立一個可靠的連接

第一次握手:客戶端嘗試連接服務(wù)器塘慕,向服務(wù)器發(fā)送syn包(同步序列編號Synchronize Sequence Numbers),syn=j条篷,客戶端進入SYN_SEND狀態(tài)等待服務(wù)器確認

第二次握手:服務(wù)器接收客戶端syn包并確認(ack=j+1)赴叹,同時向客戶端發(fā)送一個SYN包(syn=k),即SYN+ACK包涨椒,此時服務(wù)器進入SYN_RECV狀態(tài)

第三次握手:第三次握手:客戶端收到服務(wù)器的SYN+ACK包绽媒,向服務(wù)器發(fā)送確認包ACK(ack=k+1),此包發(fā)送完畢囤热,客戶端和服務(wù)器進入ESTABLISHED狀態(tài)获三,完成三次握手

定睛一看,服務(wù)器socket與客戶端socket建立連接的部分其實就是大名鼎鼎的三次握手

socket編程API

前面提到socket是"打開—讀/寫—關(guān)閉"模式的實現(xiàn),簡單了解一下socket提供了哪些API供應(yīng)用程序使用贞谓,還是以TCP協(xié)議為例经宏,看看Unix下的socket API驯击,其它語言都很類似(PHP甚至名字都幾乎一樣)耐亏,這里我就簡單解釋一下方法作用和參數(shù),具體使用有興趣同學(xué)可以看看博客參考中的鏈接或者上網(wǎng)搜索

intsocket(intdomain,inttype,intprotocol);

根據(jù)指定的地址族暇矫、數(shù)據(jù)類型和協(xié)議來分配一個socket的描述字及其所用的資源择吊。

domain:協(xié)議族几睛,常用的有AF_INET、AF_INET6囱持、AF_LOCAL焕济、AF_ROUTE其中AF_INET代表使用ipv4地址

type:socket類型,常用的socket類型有掩幢,SOCK_STREAM上鞠、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW枯怖、SOCK_PACKET能曾、SOCK_SEQPACKET等

protocol:協(xié)議寿冕。常用的協(xié)議有,IPPROTO_TCP藻茂、IPPTOTO_UDP、IPPROTO_SCTP优俘、IPPROTO_TIPC等

intbind(intsockfd,conststructsockaddr *addr, socklen_t addrlen);

把一個地址族中的特定地址賦給socket

sockfd:socket描述字掀序,也就是socket引用

addr:要綁定給sockfd的協(xié)議地址

addrlen:地址的長度

通常服務(wù)器在啟動的時候都會綁定一個眾所周知的地址(如ip地址+端口號),用于提供服務(wù)叶雹,客戶就可以通過它來接連服務(wù)器换吧;而客戶端就不用指定沾瓦,有系統(tǒng)自動分配一個端口號和自身的ip地址組合。這就是為什么通常服務(wù)器端在listen之前會調(diào)用bind()漓滔,而客戶端就不會調(diào)用乖篷,而是在connect()時由系統(tǒng)隨機生成一個透且。

intlisten(intsockfd,intbacklog);

監(jiān)聽socket

sockfd:要監(jiān)聽的socket描述字

backlog:相應(yīng)socket可以排隊的最大連接個數(shù)

intconnect(intsockfd,conststructsockaddr *addr, socklen_t addrlen);

連接某個socket

sockfd:客戶端的socket描述字

addr:服務(wù)器的socket地址

addrlen:socket地址的長度

intaccept(intsockfd,structsockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

TCP服務(wù)器監(jiān)聽到客戶端請求之后秽誊,調(diào)用accept()函數(shù)取接收請求

sockfd:服務(wù)器的socket描述字

addr:客戶端的socket地址

addrlen:socket地址的長度

ssize_t read(intfd,void*buf, size_t count);

讀取socket內(nèi)容

fd:socket描述字

buf:緩沖區(qū)

count:緩沖區(qū)長度

ssize_t write(intfd,constvoid*buf, size_t count);

向socket寫入內(nèi)容,其實就是發(fā)送內(nèi)容

fd:socket描述字

buf:緩沖區(qū)

count:緩沖區(qū)長度

intclose(intfd);

socket標記為以關(guān)閉讼溺,使相應(yīng)socket描述字的引用計數(shù)-1最易,當(dāng)引用計數(shù)為0的時候藻懒,觸發(fā)TCP客戶端向服務(wù)器發(fā)送終止連接請求。

參考

Linux Socket編程(不限Linux)

揭開Socket編程的面紗

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