Socket通讯简介

由于自己在项目参与中断断续续地接触到网络通讯，因此，有必要把之前的经验和问题总结一下：
一、进程通信
进程通信简单可以分为两种：本地进程通讯和网络通讯两个方面：
1、本地进程通讯：
主要分为四类（该问题在我第一次实习面试的时候还问过，还好当时答出来了）：
1、消息传递（管道、FIFO，消息队列）
2、同步（信号量、条件变量、锁、互斥量）
3、共享内存（匿名和具名的）
4、远程过程调用（Solaris门和Sun RPC）(这个自己也不是很清楚，照搬过来的)
2、网络进程通讯
我们知道，进程PID可以唯一标志一个进程，这在本地进程通讯中是至关重要的，但是在网络通讯中却不一样，但是，TCP/IP协议族帮我们解决了这个问题，回想我们学过的计算机网络结构中：标准的7层架构和非标准的5层架构，网络层的IP地址可以唯一标识一台主机，而传输层中的“协议+端口”可以唯一标志主机中应用程序（进程）。这样有IP+协议+端口 就可以唯一标识网络进程了，网络进程通讯就是依靠这个进行消息的传递和接受。
使用TCP/IP协议的通常采用API的方式：Unix中socket来实现网络进程之间的通讯（Windows包含socket头文件）。
socket简介：
socket起源于Unix，而在Unix和Linux上面，一切皆文件的概念已经深入到每个用户心中，而socket的模式同样类似，open-read/write-close;
socket基本操作

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

socket函数对应于普通文件的打开操作。普通文件的打开操作返回一个文件描述字，而socket()用于创建一个socket描述符（socket descriptor），它唯一标识一个socket。这个socket描述字跟文件描述字一样，后续的操作都有用到它，把它作为参数，通过它来进行一些读写操作。正如可以给fopen的传入不同参数值，以打开不同的文件。创建socket的时候，也可以指定不同的参数创建不同的socket描述符，socket函数的三个参数分别为：
domain：即协议域，又称为协议族（family）。常用的协议族有，AF_INET、AF_INET6、AF_LOCAL（或称AF_UNIX，Unix域socket）、AF_ROUTE等等。协议族决定了socket的地址类型，在通信中必须采用对应的地址，如AF_INET决定了要用ipv4地址（32位的）与端口号（16位的）的组合、AF_UNIX决定了要用一个绝对路径名作为地址。
type：指定socket类型。常用的socket类型有，SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW、SOCK_PACKET、SOCK_SEQPACKET等等（socket的类型有哪些？）。
protocol：故名思意，就是指定协议。常用的协议有，IPPROTO_TCP、IPPTOTO_UDP、IPPROTO_SCTP、IPPROTO_TIPC等，它们分别对应TCP传输协议、UDP传输协议、STCP传输协议、TIPC传输协议（这个协议我将会单独开篇讨论！）。
注意：并不是上面的type和protocol可以随意组合的，如SOCK_STREAM不可以跟IPPROTO_UDP组合。当protocol为0时，会自动选择type类型对应的默认协议。
当我们调用socket创建一个socket时，返回的socket描述字它存在于协议族（address family，AF_XXX）空间中，但没有一个具体的地址。如果想要给它赋值一个地址，就必须调用bind()函数，否则就当调用connect()、listen()时系统会自动随机分配一个端口。

int bind(int sockfd, const struct sockaddr* addr, socklen_t addrlen);函数的三个参数分别为：sockfd：即socket描述字，它是通过socket()函数创建了，唯一标识一个socket。bind()函数就是将给这个描述字绑定一个名字。addr：一个const struct sockaddr *指针，指向要绑定给sockfd的协议地址。这个地址结构根据地址创建socket时的地址协议族的不同而不同，如ipv4对应的是： struct sockaddr_in {    sa_family_t    sin_family; /* address family: AF_INET */    in_port_t      sin_port;   /* port in network byte order */    struct in_addr sin_addr;   /* internet address */};/* Internet address. */struct in_addr {    uint32_t       s_addr;     /* address in network byte order */};ipv6对应的是： struct sockaddr_in6 {     sa_family_t     sin6_family;   /* AF_INET6 */     in_port_t       sin6_port;     /* port number */     uint32_t        sin6_flowinfo; /* IPv6 flow information */     struct in6_addr sin6_addr;     /* IPv6 address */     uint32_t        sin6_scope_id; /* Scope ID (new in 2.4) */ };struct in6_addr {     unsigned char   s6_addr[16];   /* IPv6 address */ };addrlen：对应的是地址的长度。

通常服务器在启动的时候都会绑定一个众所周知的地址，（如IP地址+端口号），用于提供服务，客户就可以通过它来接连服务器；而客户端就不用指定，有系统自动分配一个端口号和自身的IP地址组合。这就是为什么通常服务器端在listen之前会调用bind()，而客户端就不会调用，而是在connect时由系统随机生成一个。
网络字节序与主机字节序
主机字节序：大端和小端模式：不同的CPU有不同的字节序类型，而这些字节序是指整数在内存中保存的顺序，即主机序。引用标准的Big-Endian 和Little-Endian的定义如下：
1、Little-Endian就是低位字节排放在内存的低地址端，高位字节排放在内存的高地址端。
2、Big-Endian就是高位字节排放在内存的地址端，低位字节排放在内存的高地址端。
网络字节序：4个字节的32 bit值以下面的次序传输：首先是0～7bit，其次8～15bit，然后16～23bit，最后是24~31bit。这种传输次序称作大端字节序。由于TCP/IP首部中所有的二进制整数在网络中传输时都要求以这种次序，因此它又称作网络字节序。字节序，顾名思义字节的顺序，就是大于一个字节类型的数据在内存中的存放顺序，一个字节的数据没有顺序的问题了。所以：在将一个地址绑定到socket的时候，请先将主机字节序转换成为网络字节序，而不要假定主机字节序跟网络字节序一样使用的是Big-Endian。请谨记对主机字节序不要做任何假定，务必将其转化为网络字节序再赋给socket。（类似这种细节问题，还好我们项目使用的socket基础类库都是经过外层封装的，这种细节都考虑在底层内部了）

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

作为一个服务器，在调用socket（），band()之后就会调用listen()来监听socket，如果客户端这是调用connect（）发出连接请求，服务器端就会接收到这个请求。
listen函数的第一个参数即为要监听的socket描述字，第二个参数为相应socket可以排队的最大连接个数。socket()函数创建的socket默认是一个主动类型的，listen函数将socket变为被动类型的，等待客户的连接请求。
connect函数的第一个参数即为客户端的socket描述字，第二参数为服务器的socket地址，第三个参数为socket地址的长度。客户端通过调用connect函数来建立与TCP服务器的连接。

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

TCP服务器端依次调用socket()、bind()、listen()之后，就会监听指定的socket地址了。TCP客户端依次调用socket()、connect()之后就想TCP服务器发送了一个连接请求。TCP服务器监听到这个请求之后，就会调用accept()函数取接收请求，这样连接就建立好了。之后就可以开始网络I/O操作了，即类同于普通文件的读写I/O操作。
accept函数的第一个参数为服务器的socket描述字，第二个参数为指向struct sockaddr *的指针，用于返回客户端的协议地址，第三个参数为协议地址的长度。如果accpet成功，那么其返回值是由内核自动生成的一个全新的描述字，代表与返回客户的TCP连接。
**注意：**accept的第一个参数为服务器的socket描述字，是服务器开始调用socket()函数生成的，称为监听socket描述字；而accept函数返回的是已连接的socket描述字。一个服务器通常通常仅仅只创建一个监听socket描述字，它在该服务器的生命周期内一直存在。内核为每个由服务器进程接受的客户连接创建了一个已连接socket描述字，当服务器完成了对某个客户的服务，相应的已连接socket描述字就被关闭。

read()/write()recv()/send()readv()/writev()recvmsg()/sendmsg()recvfrom()/sendto()

万事具备只欠东风，至此服务器与客户已经建立好连接了。可以调用网络I/O进行读写操作了，即实现了网咯中不同进程之间的通信！
开发语言不同可能读写函数也就不同，只要把自己想要发送的消息，以字节流的方式写入Socket或者从Socket读出来即可实现网络的I/O操作。

int close(int socketfd);

在服务器与客户端建立连接之后，会进行一些读写操作，完成了读写操作就要关闭相应的socket描述字，好比操作完打开的文件要调用fclose关闭打开的文件。
close一个TCP socket的缺省行为时把该socket标记为以关闭，然后立即返回到调用进程。该描述字不能再由调用进程使用，也就是说不能再作为read或write的第一个参数。
注意：close操作只是使相应socket描述字的引用计数-1，只有当引用计数为0的时候，才会触发TCP客户端向服务器发送终止连接请求
3、socket中TCP的三次握手建立连接过程简述
3.1、预备常识
SYN表示建立连接，

FIN表示关闭连接，

ACK表示响应，

PSH表示有 DATA数据传输，

RST表示连接重置。

我们知道tcp建立连接要进行“三次握手”，即交换三个分组。大致流程如下：

客户端向服务器发送一个SYN J
服务器向客户端响应一个SYN K，并对SYN J进行确认ACK J+1
客户端再想服务器发一个确认ACK K+1
只有就完了三次握手，但是这个三次握手发生在socket的那几个函数中呢？请看下图：

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。
既然有连接建立的过程，同样也有连接释放的过程，TCP四次握手释放连接详解：

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。
对于这一部分，如果实在不清楚的话，就翻一下计算机网络这本书，理论讲的还是很明白的。

总结：关于socket网络编程，个人感觉，其实将整个过程看做是文件读写的方式去理解，当然，对于方便在工程中解决遇到的问题，则需要连接背后的原理。在当前网络大爆炸的社会中，我想没有应用不涉及到网络通讯的吧，希望大家还是好好了解一下。