常见的Socket技术-----伤痛

想到的几个库，还没有看，看得也不细，有点悲鸣！

——杰

Socket

Socket原理
TCP/IP协议
函数接口及原理

借鉴：socket技术

Socket原理

Socket简述
Socket，中文是“套接字”，是计算机之间进行通信的一种约定或者一种方式。通过socket，一台计算机可以准确的和多台计算机通信。
socket起源于Unix，Unix/Linux 基本哲学之一就是“一切皆文件”，都可以“打开-读写-关闭”模式。
Socket()函数返回一个整型的文件描述符，随后建立连接、数据传输等操作都是通过该函数实现。
Socket的类型
有很多的socket,比如Unix socket.我们常见的是internet socket，根据数据的传输方式不同，可以分为两种类型。

流格式套接字（SOCK_STREAM）
面向连接的套接字，是一种可靠的、双向的通信数据流，可以准确无误的传输数据。（有自己的纠错机制）

特点：
数据在传输过程中不会消失；
数据是按照顺序传输的；
数据的发送和接收不是同步的（其内部有一个缓冲区，用来传送和接收数据，他们的节奏是不同的）

举例：http协议

数据报格式套接字（SOCK_DGRAM）
无连接的套接字，只管传输数据，不作数据的校验，传输的效率高。（数据丢失，小概率事件）

特点：
强调快速传输而非传输顺序；
传输的数据可能丢失也可能损毁；
限制每次传输的数据大小；
数据的发送和接收是同步的。

总之，数据报套接字是一种不可靠的、不按顺序传递的、以追求速度为目的的套接字。

举例：QQ视频聊天

OSI 网络七层模型
七层模型，是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。
TCP/IP模型，是应用层、传输层、网络层、望楼接口。
socket 编程，是站在传输层的基础上，所以可以使用 TCP/UDP 协议，但是不能干「访问网页」这样的事情，因为访问网页所需要的 http 协议位于应用层。
TCP/IP模型中，包含TCP、IP、UDP、Telnet、FTP等协议，也称为“TCP/IP”协议族
这里是socket编程的层次关系：

IP地址：“网际协议地址”，一台计算机可以拥有一个独立的IP地址，一个局域网也可以拥有一个独立的IP地址。
MAC地址：“局域网地址 LAN Address”。能真正唯一标识一台计算机。也可以修改，局域网中的路由器/交换机会记录每台计算机的 MAC 地址。
端口号：有了 IP 地址和 MAC 地址，虽然可以找到目标计算机，但仍然不能进行通信。为了区分不同的网络程序，计算机会为每个网络程序分配一个独一无二的端口号
win下的socket编程：
服务端代码：

#include <stdio.h>
#include <winsock2.h>
#pragma comment (lib, "ws2_32.lib")  //加载 ws2_32.dllint main(){//初始化 DLLWSADATA wsaData;WSAStartup( MAKEWORD(2, 2), &wsaData);//创建套接字SOCKET servSock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);//绑定套接字sockaddr_in sockAddr;memset(&sockAddr, 0, sizeof(sockAddr));  //每个字节都用0填充sockAddr.sin_family = PF_INET;  //使用IPv4地址sockAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");  //具体的IP地址sockAddr.sin_port = htons(1234);  //端口bind(servSock, (SOCKADDR*)&sockAddr, sizeof(SOCKADDR));//进入监听状态listen(servSock, 20);//接收客户端请求SOCKADDR clntAddr;int nSize = sizeof(SOCKADDR);SOCKET clntSock = accept(servSock, (SOCKADDR*)&clntAddr, &nSize);//向客户端发送数据char *str = "Hello World!";send(clntSock, str, strlen(str)+sizeof(char), NULL);//关闭套接字closesocket(clntSock);closesocket(servSock);//终止 DLL 的使用WSACleanup();return 0;
}

客户端代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <WinSock2.h>
#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")  //加载 ws2_32.dllint main(){//初始化DLLWSADATA wsaData;WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData);//创建套接字SOCKET sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);//向服务器发起请求sockaddr_in sockAddr;memset(&sockAddr, 0, sizeof(sockAddr));  //每个字节都用0填充sockAddr.sin_family = PF_INET;sockAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");sockAddr.sin_port = htons(1234);connect(sock, (SOCKADDR*)&sockAddr, sizeof(SOCKADDR));//接收服务器传回的数据char szBuffer[MAXBYTE] = {0};recv(sock, szBuffer, MAXBYTE, NULL);//输出接收到的数据printf("Message form server: %s\n", szBuffer);//关闭套接字closesocket(sock);//终止使用 DLLWSACleanup();system("pause");return 0;
}

大致的编程流程是：
加载stdlib.h和winsock2.h头文件，还有ws2_32.dll，然后初始化dll,创建套接字，定义数据传输类型。再向服务器发起请求，将一段内存块中进行清零，确定输入IP，端口，然后连接。接收服务器传回的数据，定义一个缓冲区数组，recv接受数据。输出接收的数据，关闭套接字和dll。
socket(int af, int type, int protocol)，创建套接字。其中af,指IP地址；type指数据传输类型；protocol，传输协议。

TCP/IP协议

TCP/IP【TCP（传输控制协议）和IP（网际协议）】提供点对点的链接机制，将数据应该如何封装、定址、传输、路由以及在目的地如何接收，都加以标准化。

TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的通信协议，数据在传输前要建立连接，传输完毕后还要断开连接，客户端在收发数据前要使用 connect() 函数和服务器建立连接。建立连接的目的是保证IP地址、端口、物理链路等正确无误，为数据的传输开辟通道。
TCP建立连接时要传输三个数据包，俗称三次握手

数据的“粘包”问题，客户端发送的多个数据包被当做一个数据包接收。也称数据的无边界性，read()/recv() 函数不知道数据包的开始或结束标志（实际上也没有任何开始或结束标志），只把它们当做连续的数据流来处理。
数据结构

　 (1) 序号：Seq（Sequence Number）序号占32位，用来标识从计算机A发送到计算机B的数据包的序号，计算机发送数据时对此进行标记。
　　(2) 确认号：Ack（Acknowledge Number）确认号占32位，客户端和服务器端都可以发送，Ack = Seq + 1。
　　(3) 标志位：每个标志位占用1Bit，共有6个，分别为 URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN，
三次握手（建立连接的过程）：

用自己的话来表述：
客户端向服务端请求连接，发送一个数据包，里面有自己的序列号；服务端接受到后，返回一个确认号，发送一个数据包，里面有自己的序列号；客户端接收到后，回复一个确认号。

四次握手（断开连接）

用自己的话来描述：
客户端调用close()函数，向服务端发送一个fin数据包，包含序列号，请求断开连接；服务端收到后，回复确认；客户端收到后，进入fin_wait_2状态；服务端准备完毕后，发送一个fin包；客户端收到后，回复一个ACK关闭客户端；服务端收到后断开。

关于 TIME_WAIT 状态的说明
客户端最后一次发送 ACK包后进入 TIME_WAIT 状态，而不是直接进入 CLOSED 状态关闭连接，这是为什么呢？

TCP 是面向连接的传输方式，必须保证数据能够正确到达目标机器，不能丢失或出错，而网络是不稳定的，随时可能会毁坏数据，所以机器A每次向机器B发送数据包后，都要求机器B”确认“，回传ACK包，告诉机器A我收到了，这样机器A才能知道数据传送成功了。如果机器B没有回传ACK包，机器A会重新发送，直到机器B回传ACK包。

客户端最后一次向服务器回传ACK包时，有可能会因为网络问题导致服务器收不到，服务器会再次发送 FIN 包，如果这时客户端完全关闭了连接，那么服务器无论如何也收不到ACK包了，所以客户端需要等待片刻、确认对方收到ACK包后才能进入CLOSED状态。那么，要等待多久呢？

数据包在网络中是有生存时间的，超过这个时间还未到达目标主机就会被丢弃，并通知源主机。这称为报文最大生存时间（MSL，Maximum Segment Lifetime）。TIME_WAIT 要等待 2MSL 才会进入 CLOSED 状态。ACK 包到达服务器需要 MSL 时间，服务器重传 FIN 包也需要 MSL 时间，2MSL 是数据包往返的最大时间，如果 2MSL 后还未收到服务器重传的 FIN 包，就说明服务器已经收到了 ACK 包

优雅的断开连接–shutdown()

close()/closesocket() 会立即向网络中发送FIN包，不管输出缓冲区中是否还有数据，而shutdown() 会等输出缓冲区中的数据传输完毕再发送FIN包。也就意味着，调用 close()/closesocket() 将丢失输出缓冲区中的数据，而调用 shutdown() 不会

函数接口及原理

socket()函数创建套接字

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

socket() 函数用来创建套接字，确定套接字的各种属性，然后服务器端要用 bind() 函数将套接字与特定的IP地址和端口绑定起来。

bind(int sock, struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen)
sock 为 socket 文件描述符，addr 为 sockaddr 结构体变量的指针，addrlen 为 addr 变量的大小，可由 sizeof() 计算得出

使用 bind() 绑定套接字后，还需要使用 listen() 函数让套接字进入被动监听状态，再调用 accept() 函数，就可以随时响应客户端的请求。

listen(int sock, int backlog)
sock 为需要进入监听状态的套接字，backlog 为请求队列的最大长度