网络编程中概念

TCP/IP、Http、Socket的区别

网络由下往上分为

　　物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。

　　通过初步的了解，我知道IP协议对应于网络层，TCP协议对应于传输层，而HTTP协议对应于应用层，

　　三者从本质上来说没有可比性，

　　socket则是对TCP/IP协议的封装和应用(程序员层面上)。

　　也可以说，TPC/IP协议是传输层协议，主要解决数据如何在网络中传输，

　　而HTTP是应用层协议，主要解决如何包装数据。

　　关于TCP/IP和HTTP协议的关系，网络有一段比较容易理解的介绍：

　　“我们在传输数据时，可以只使用(传输层)TCP/IP协议，但是那样的话，如果没有应用层，便无法识别数据内容。

　　如果想要使传输的数据有意义，则必须使用到应用层协议。

　　应用层协议有很多，比如HTTP、FTP、TELNET等，也可以自己定义应用层协议。

　　WEB使用HTTP协议作应用层协议，以封装HTTP文本信息，然后使用TCP/IP做传输层协议将它发到网络上。”

　　而我们平时说的最多的socket是什么呢，实际上socket是对TCP/IP协议的封装，Socket本身并不是协议，而是一个调用接口(API)。

　　通过Socket，我们才能使用TCP/IP协议。

　　实际上，Socket跟TCP/IP协议没有必然的联系。

　　Socket编程接口在设计的时候，就希望也能适应其他的网络协议。

　　所以说，Socket的出现只是使得程序员更方便地使用TCP/IP协议栈而已，是对TCP/IP协议的抽象，

　　从而形成了我们知道的一些最基本的函数接口，比如create、listen、connect、accept、send、read和write等等。

　　网络有一段关于socket和TCP/IP协议关系的说法比较容易理解：

　　“TCP/IP只是一个协议栈，就像操作系统的运行机制一样，必须要具体实现，同时还要提供对外的操作接口。

　　这个就像操作系统会提供标准的编程接口，比如win32编程接口一样，

　　TCP/IP也要提供可供程序员做网络开发所用的接口，这就是Socket编程接口。”

　　关于TCP/IP协议的相关只是，用博大精深来讲我想也不为过，单单查一下网上关于此类只是的资料和书籍文献的数量就知道，

　　这个我打算会买一些经典的书籍(比如《TCP/IP详解：卷一、卷二、卷三》)进行学习，今天就先总结一些基于基于TCP/IP协议的应用和编程接口的知识，也就是刚才说了很多的HTTP和Socket。

　　CSDN上有个比较形象的描述：HTTP是轿车，提供了封装或者显示数据的具体形式;Socket是发动机，提供了网络通信的能力。

　　实际上，传输层的TCP是基于网络层的IP协议的，而应用层的HTTP协议又是基于传输层的TCP协议的，而Socket本身不算是协议，就像上面所说，它只是提供了一个针对TCP或者UDP编程的接口。

　　下面是一些经常在笔试或者面试中碰到的重要的概念，特在此做摘抄和总结。

　　一、什么是TCP连接的三次握手

　　第一次握手：客户端发送syn包(syn=j)到服务器，并进入SYN_SEND状态，等待服务器确认;

　　第二次握手：服务器收到syn包，必须确认客户的SYN(ack=j+1)，同时自己也发送一个SYN包(syn=k)，即SYN+ACK包，此时服务器进入SYN_RECV状态;

　　第三次握手：客户端收到服务器的SYN+ACK包，向服务器发送确认包ACK(ack=k+1)，此包发送完毕，客户端和服务器进入ESTABLISHED状态，完成三次握手。

　　握手过程中传送的包里不包含数据，三次握手完毕后，客户端与服务器才正式开始传送数据。

　　理想状态下，TCP连接一旦建立，在通信双方中的任何一方主动关闭连接之前，TCP 连接都将被一直保持下去。

　　断开连接时服务器和客户端均可以主动发起断开TCP连接的请求，断开过程需要经过“四次握手”(过程就不细写了，就是服务器和客户端交互，最终确定断开)

　　二、利用Socket建立网络连接的步骤

　　建立Socket连接至少需要一对套接字，其中一个运行于客户端，称为ClientSocket ，另一个运行于服务器端，称为ServerSocket 。

　　套接字之间的连接过程分为三个步骤：服务器监听，客户端请求，连接确认。

　　1、服务器监听：服务器端套接字并不定位具体的客户端套接字，而是处于等待连接的状态，实时监控网络状态，等待客户端的连接请求。

　　2、客户端请求：指客户端的套接字提出连接请求，要连接的目标是服务器端的套接字。

　　为此，客户端的套接字必须首先描述它要连接的服务器的套接字，指出服务器端套接字的地址和端口号，然后就向服务器端套接字提出连接请求。

　　3、连接确认：当服务器端套接字监听到或者说接收到客户端套接字的连接请求时，就响应客户端套接字的请求，建立一个新的线程，把服务器端套接字的描述发给客户端，一旦客户端确认了此描述，双方就正式建立连接。

　　而服务器端套接字继续处于监听状态，继续接收其他客户端套接字的连接请求。

　　三、HTTP链接的特点

　　HTTP协议即超文本传送协议(Hypertext Transfer Protocol )，是Web联网的基础，也是手机联网常用的协议之一，HTTP协议是建立在TCP协议之上的一种应用。

　　HTTP连接最显著的特点是客户端发送的每次请求都需要服务器回送响应，在请求结束后，会主动释放连接。从建立连接到关闭连接的过程称为“一次连接”。

　　四、TCP和UDP的区别(考得最多。。快被考烂了我觉得- -\\)

　　1、TCP是面向链接的，虽然说网络的不安全不稳定特性决定了多少次握手都不能保证连接的可靠性，但TCP的三次握手在最低限度上(实际上也很大程度上保证了)保证了连接的可靠性;

　　而UDP不是面向连接的，UDP传送数据前并不与对方建立连接，对接收到的数据也不发送确认信号，发送端不知道数据是否会正确接收，当然也不用重发，所以说UDP是无连接的、不可靠的一种数据传输协议。

　　2、也正由于1所说的特点，使得UDP的开销更小数据传输速率更高，因为不必进行收发数据的确认，所以UDP的实时性更好。

　　知道了TCP和UDP的区别，就不难理解为何采用TCP传输协议的MSN比采用UDP的QQ传输文件慢了，但并不能说QQ的通信是不安全的，

　　因为程序员可以手动对UDP的数据收发进行验证，比如发送方对每个数据包进行编号然后由接收方进行验证啊什么的，

　　即使是这样，UDP因为在底层协议的封装上没有采用类似TCP的“三次握手”而实现了TCP所无法达到的传输效率。

  对TCP/IP、UDP、Socket编程这些词你不会很陌生吧？随着网络技术的发展，这些词充斥着我们的耳朵。那么我想问：

1.         什么是TCP/IP、UDP？
2.         Socket在哪里呢？
3.         Socket是什么呢？
4.         你会使用它们吗？

什么是TCP/IP、UDP？

         TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）即传输控制协议/网间协议，是一个工业标准的协议集，它是为广域网（WANs）设计的。
         UDP（User Data Protocol，用户数据报协议）是与TCP相对应的协议。它是属于TCP/IP协议族中的一种。
        这里有一张图，表明了这些协议的关系。

                                                                                

                                                                        图1

       TCP/IP协议族包括运输层、网络层、链路层。现在你知道TCP/IP与UDP的关系了吧。
Socket在哪里呢？
       在图1中，我们没有看到Socket的影子，那么它到底在哪里呢？还是用图来说话，一目了然。

图2

       原来Socket在这里。
Socket是什么呢？
       Socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层，它是一组接口。在设计模式中，Socket其实就是一个门面模式，它把复杂的TCP/IP协议族隐藏在Socket接口后面，对用户来说，一组简单的接口就是全部，让Socket去组织数据，以符合指定的协议。
你会使用它们吗？
       前人已经给我们做了好多的事了，网络间的通信也就简单了许多，但毕竟还是有挺多工作要做的。以前听到Socket编程，觉得它是比较高深的编程知识，但是只要弄清Socket编程的工作原理，神秘的面纱也就揭开了。
       一个生活中的场景。你要打电话给一个朋友，先拨号，朋友听到电话铃声后提起电话，这时你和你的朋友就建立起了连接，就可以讲话了。等交流结束，挂断电话结束此次交谈。    生活中的场景就解释了这工作原理，也许TCP/IP协议族就是诞生于生活中，这也不一定。

      

图3

       先从服务器端说起。服务器端先初始化Socket，然后与端口绑定(bind)，对端口进行监听(listen)，调用accept阻塞，等待客户端连接。在这时如果有个客户端初始化一个Socket，然后连接服务器(connect)，如果连接成功，这时客户端与服务器端的连接就建立了。客户端发送数据请求，服务器端接收请求并处理请求，然后把回应数据发送给客户端，客户端读取数据，最后关闭连接，一次交互结束。
       在这里我就举个简单的例子，我们走的是TCP协议这条路（见图2）。例子用MFC编写，运行的界面如下：

图4

图5

       在客户端输入服务器端的IP地址和发送的数据，然后按发送按钮，服务器端接收到数据，然后回应客户端。客户端读取回应的数据，显示在界面上。
       下面是接收数据和发送数据的函数：

int    Receive(SOCKET fd,char *szText,int len)

{
       int cnt;
       int rc;
       cnt=len;

       while(cnt>0)
       {
              rc=recv(fd,szText,cnt,0);
              if(rc==SOCKET_ERROR)
              {
                     return -1;
             }

             if(rc==0)

                     return len-cnt;

              szText+=rc;

              cnt-=rc;

       }

       return len;

}

int Send(SOCKET fd,char *szText,int len)
{

       int cnt;

       int rc;

       cnt=len;

       while(cnt>0)

       {

              rc=send(fd,szText,cnt,0);

              if(rc==SOCKET_ERROR)

              {

                     return -1;

              }

              if(rc==0)

                     return len-cnt;

              szText+=rc;

              cnt-=rc;

       }

       return len;

}

服务器端：

       在服务器端，主要是启动Socket和监听线程。

#define DEFAULT_PORT      2000

void CServerDlg::OnStart()

{

       sockaddr_in local;

       DWORD dwThreadID = 0;

      

       local.sin_family=AF_INET;

       //设置的端口为DEFAULT_PORT。

       local.sin_port=htons(DEFAULT_PORT);

       //IP地址设置成INADDR_ANY,让系统自动获取本机的IP地址。

       local.sin_addr.S_un.S_addr=INADDR_ANY;

 

       //初始化Socket

       m_Listening = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);

       if(m_Listening == INVALID_SOCKET)

       {

              return ;

       }

       //将本地地址绑定到所创建的套接字上

       if(bind(m_Listening,(LPSOCKADDR)&local,sizeof(local)) == SOCKET_ERROR )

       {

              closesocket(m_Listening);

              return ;

       }

       //创建监听线程，这样也能响应界面上操作。

       m_hListenThread = ::CreateThread(NULL,0,ListenThread,this,0,&dwThreadID);

       m_StartBtn.EnableWindow(FALSE);

       m_StopBtn.EnableWindow(TRUE);

}

监听线程函数：
DWORD WINAPI CServerDlg::ListenThread(LPVOID lpparam)
{

       CServerDlg* pDlg = (CServerDlg*)lpparam;

       if(pDlg == NULL)

              return 0;

 

       SOCKET  Listening = pDlg->m_Listening;

       //开始监听是否有客户端连接。

       if(listen(Listening,40) == SOCKET_ERROR)

       {

              return 0;

       }

       char szBuf[MAX_PATH];

       //初始化

       memset(szBuf,0,MAX_PATH);

       while(1)

       {

              SOCKET ConnectSocket;

              sockaddr_in    ClientAddr;

              int                  nLen = sizeof(sockaddr);

              //阻塞直到有客户端连接，不然多浪费CPU资源。

              ConnectSocket = accept(Listening,(sockaddr*)&ClientAddr,&nLen);

              //都到客户端的IP地址。

              char *pAddrname = inet_ntoa(ClientAddr.sin_addr);

              pDlg->Receive(ConnectSocket,szBuf,100);

              //界面上显示请求数据。

              pDlg->SetRequestText(szBuf);

              strcat(szBuf," :我是老猫，收到（");

              strcat(szBuf,pAddrname);

              strcat(szBuf,"）");

              //向客户端发送回应数据

              pDlg->Send(ConnectSocket,szBuf,100);

       }

       return 0;

}

       服务器端一直在监听是否有客户端连接，如有连接，处理客户端的请求，给出回应，然后继续监听。

客户端：

       客户端的发送函数：

#define DEFAULT_PORT      2000

void CClientDlg::OnSend()

{

       DWORD dwIP = 0;      

       TCHAR szText[MAX_PATH];

       memset(szText,0,MAX_PATH);

       m_IP.GetWindowText(szText,MAX_PATH);

       //把字符串形式的IP地址转成IN_ADDR结构需要的形式。

       dwIP = inet_addr(szText);

       m_RequestEdit.GetWindowText(szText,MAX_PATH);

 

       sockaddr_in local;

       SOCKET socketTmp;

       //必须是AF_INET,表示该socket在Internet域中进行通信

       local.sin_family=AF_INET;

       //端口号

       local.sin_port=htons(DEFAULT_PORT);

       //服务器的IP地址。

       local.sin_addr.S_un.S_addr=dwIP;

      

       ////初始化Socket

       socketTmp=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);

       //连接服务器

       if(connect(socketTmp,(LPSOCKADDR)&local,sizeof(local)) < 0)

       {

              closesocket(socketTmp);

              MessageBox("连接服务器失败。");

              return ;

       }

       //发送请求，为简单只发100字节，在服务器端也规定100字节。

       Send(socketTmp,szText,100);

       //读取服务器端返回的数据。

       memset(szText,0,MAX_PATH);

       //接收服务器端的回应。

       Receive(socketTmp,szText,100);

 

       TCHAR szMessage[MAX_PATH];

       memset(szMessage,0,MAX_PATH);

       strcat(szMessage,szText);

       //界面上显示回应数据。

       m_ReplyBtn.SetWindowText(szMessage);

       closesocket(socketTmp);

}

       客户端就一个函数完成了一次通信。在这里IP地址为何用127.0.0.1呢？使用这个IP地址，服务器端和客户端就能运行在同一台机器上，这样调试方便多了。当然你可以在你朋友的机器上运行Server程序(本人在局域网中测试过)，在自己的机器上运行Client程序，当然输入的IP地址就该是你朋友机器的IP地址了。