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題外話

前幾天和朋友聊天余境，朋友問我怎么最近不寫博客了，一個是因為最近在忙著公司使用的一些控件的開發(fā)亚皂，瀏覽器兼容性搞死人猖任；但主要是因為這段時間一直在看html5的東西尺上，看到web socket時覺得很有意思金顿，動手寫幾個demo仿荆，但web socket需要特定的服務器支持贰您，由于標準制定工作還沒完成，所以沒有多少主流的服務器支持拢操，自己在網上下載了幾個實現(xiàn)锦亦，包括php的、C#的令境、甚至Node.js的杠园，但一個是協(xié)議變化比較大，很多代碼已經過時了舔庶，再就是有一些支持最新的標準抛蚁，但是我想稍微改造一下，看人家源代碼的時候云里霧里惕橙，看看別人的代碼行數也不多瞧甩，決定自己實現(xiàn)一個。

悲劇由此開始弥鹦，雖然哥們兒國內非知名工科大學畢業(yè)肚逸，但好歹也是科班CS出身，但大學得過且過，什么TCP/IP協(xié)議朦促，什么socket了都沒概念膝晾。為了做出一個簡單的支持廣播的websocket server，在網上找了很多相關代碼思灰，左抄一句玷犹，右抄一句，弄了一個星期竟然還是漏洞百出洒疚，調試不起來歹颓，只好從頭來過了，先補一些基本知識油湖，然后再一步步根據原理實現(xiàn)巍扛，今天終于實現(xiàn)了絕大部分功能，由此真的感受到了乏德，搞計算機必須得有理論指導實踐撤奸，否則只能像個沒頭蒼蠅到處亂撞。

TCP/IP

要想理解socket首先得熟悉一下TCP/IP協(xié)議族喊括， TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）即傳輸控制協(xié)議/網間協(xié)議胧瓜，定義了主機如何連入因特網及數據如何再它們之間傳輸的標準。

從字面意思來看TCP/IP是TCP和IP協(xié)議的合稱郑什，但實際上TCP/IP協(xié)議是指因特網整個TCP/IP協(xié)議族府喳。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

• 應用層：TFTP蘑拯，HTTP钝满，SNMP，F(xiàn)TP申窘，SMTP弯蚜，DNS，Telnet 等等
• 傳輸層：TCP剃法，UDP
• 網絡層：IP碎捺，ICMP，OSPF玄窝，EIGRP牵寺，IGMP
• 數據鏈路層：SLIP，CSLIP恩脂，PPP帽氓，MTU

每一抽象層建立在低一層提供的服務上，并且為高一層提供服務俩块，看起來大概是這樣子的

估計有興趣打開此文的同學都對此有一定了解了黎休，加上我也是一知半解浓领，所以就不詳細解釋，有興趣同學可以上網上搜一下資料

維基百科
百度百科

在TCP/IP協(xié)議中兩個因特網主機通過兩個路由器和對應的層連接势腮。各主機上的應用通過一些數據通道相互執(zhí)行讀取操作

socket

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联贩，在本地進程通訊中我們可以使用PID來唯一標示一個進程，但PID只在本地唯一捎拯，網絡中的兩個進程PID沖突幾率很大泪幌，這時候我們需要另辟它徑了，我們知道IP層的ip地址可以唯一標示主機署照，而TCP層協(xié)議和端口號可以唯一標示主機的一個進程祸泪，這樣我們可以利用ip地址＋協(xié)議＋端口號唯一標示網絡中的一個進程。

能夠唯一標示網絡中的進程后建芙，它們就可以利用socket進行通信了没隘，什么是socket呢？我們經常把socket翻譯為套接字禁荸，socket是在應用層和傳輸層之間的一個抽象層右蒲，它把TCP/IP層復雜的操作抽象為幾個簡單的接口供應用層調用已實現(xiàn)進程在網絡中通信。

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socket起源于UNIX赶熟，在Unix一切皆文件哲學的思想下瑰妄，socket是一種"打開—讀/寫—關閉"模式的實現(xiàn)，服務器和客戶端各自維護一個"文件"映砖，在建立連接打開后翰撑，可以向自己文件寫入內容供對方讀取或者讀取對方內容，通訊結束時關閉文件啊央。

socket通信流程

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

1. 服務器根據地址類型（ipv4,ipv6）瓜饥、socket類型、協(xié)議浴骂，創(chuàng)建socket
2. 服務器為socket綁定ip地址和端口號
3. 服務器socket監(jiān)聽端口號請求乓土，隨時準備接收客戶端發(fā)來的連接，這時候服務器的socket并沒有被打開
4. 客戶端創(chuàng)建socket
5. 客戶端打開socket溯警，根據服務器ip地址和端口號試圖連接服務器socket
6. 服務器socket接收到客戶端socket請求趣苏，被動打開，開始接收客戶端請求梯轻，直到客戶端返回連接信息食磕。這時候socket進入阻塞狀態(tài)，所謂阻塞即accept()方法一直到客戶端返回連接信息后才返回喳挑，開始接收下一個客戶端連接請求
7. 客戶端連接成功彬伦，向服務器發(fā)送連接狀態(tài)信息
8. 服務器accept方法返回滔悉，連接成功
9. 客戶端向socket寫入信息
10. 服務器讀取信息
11. 客戶端關閉
12. 服務器端關閉

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器单绑，向服務器發(fā)送syn包（同步序列編號Synchronize Sequence Numbers）回官，syn=j，客戶端進入SYN_SEND狀態(tài)等待服務器確認

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

• 第三次握手：第三次握手：客戶端收到服務器的SYN+ACK包区转，向服務器發(fā)送確認包ACK(ack=k+1）苔巨，此包發(fā)送完畢，客戶端和服務器進入ESTABLISHED狀態(tài)蜗帜，完成三次握手

定睛一看恋拷，服務器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—關閉"模式的實現(xiàn)，簡單了解一下socket提供了哪些API供應用程序使用厅缺，還是以TCP協(xié)議為例蔬顾，看看Unix下的socket API，其它語言都很類似（PHP甚至名字都幾乎一樣）湘捎，這里我就簡單解釋一下方法作用和參數诀豁，具體使用有興趣同學可以看看博客參考中的鏈接或者上網搜索
int socket(int domain, int type, int protocol);

根據指定的地址族、數據類型和協(xié)議來分配一個socket的描述字及其所用的資源窥妇。

domain:協(xié)議族舷胜，常用的有AF_INET、AF_INET6活翩、AF_LOCAL烹骨、AF_ROUTE其中AF_INET代表使用ipv4地址

type:socket類型，常用的socket類型有材泄，SOCK_STREAM沮焕、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW拉宗、SOCK_PACKET峦树、SOCK_SEQPACKET等

protocol:協(xié)議。常用的協(xié)議有旦事，IPPROTO_TCP魁巩、IPPTOTO_UDP、IPPROTO_SCTP姐浮、IPPROTO_TIPC等
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

把一個地址族中的特定地址賦給socket
sockfd:socket描述字谷遂，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），用于提供服務单料，客戶就可以通過它來接連服務器埋凯；而客戶端就不用指定点楼，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器端在listen之前會調用bind()白对，而客戶端就不會調用掠廓，而是在connect()時由系統(tǒng)隨機生成一個。
int listen(int sockfd, int backlog);

監(jiān)聽socket
sockfd:要監(jiān)聽的socket描述字
backlog:相應socket可以排隊的最大連接個數
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

連接某個socket
sockfd:客戶端的socket描述字
addr:服務器的socket地址
addrlen:socket地址的長度
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

TCP服務器監(jiān)聽到客戶端請求之后甩恼，調用accept()函數取接收請求
sockfd:服務器的socket描述字
addr:客戶端的socket地址
addrlen:socket地址的長度
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);

讀取socket內容
fd:socket描述字
buf：緩沖區(qū)
count：緩沖區(qū)長度
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);

向socket寫入內容蟀瞧，其實就是發(fā)送內容
fd:socket描述字
buf：緩沖區(qū)
count：緩沖區(qū)長度
int close(int fd);

socket標記為以關閉 ，使相應socket描述字的引用計數-1条摸，當引用計數為0的時候悦污，觸發(fā)TCP客戶端向服務器發(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

PS. 有同學看完后發(fā)現(xiàn)沒有demo示例钉蒲，參考中的示例已經很不錯了切端，我就不班門弄斧了，而且我用C#實現(xiàn)了一個websocket server顷啼，接下來的博客中會有介紹踏枣。另外由于剛剛實際接觸socket，文中謬誤較多钙蒙，還望大家批評指正茵瀑，文章內容主要參考上面兩個博文，圖片全部來源于網絡躬厌，在百度圖片搜索得來马昨，無法注明第一源地址，如有版權問題請站內信聯(lián)系扛施，第一時間處理鸿捧。

阮一峰老師微博中講到：socket就是插座。服務器的socket疙渣，就是服務器提供插座笛谦，等著客戶端的插頭插進來。一旦插入完成昌阿，服務器-客戶端的通信就建立了。 ????

阮一峰講sokets