性能测试-socket协议

测试过程中，你一定遇到不少网络通信的情况，最常见的如网络语音通信、文本传输、微信QQ聊天、浏览器访问等等，这些都涉及到网络进程间通信，然而这些进程间是如何通信的呢？你一定听开发同学提过很多次socket这个东西，没错，一切都是靠Socket实现的。它为何如此神奇？下面小编做个科普，帮你揭开Socket的神秘面纱~

网络进程间通信
要了解Socket首先要熟悉网络进程通信的原理，一个完整的网络应用程序包括客户端和服务器两个部分。网络间通信需要由两个进程组成，并且只能用同一种协议，也就是说，不能在通信的一端使用TCP协议，而另一端则用UDP协议。
在TCP/IP协议中，两个因特网主机通过两个路由器和对应的层连接。各主机上的应用通过一些数据通道相互执行读取操作，如下图所示：

实现网络间通信，要解决一个首要问题是-如何唯一标识一个进程，在网络上，通常利用ip地址＋协议＋端口号唯一标示网络中的一个进程。IP层的ip地址可以唯一标示主机，而TCP层协议和端口号可以唯一标示主机的一个进程，这样它们就可以利用Socket进行通信了。
2. Socket套接字
网络中的进程是通过Socket来通信的，那么Socket是什么呢？Socket是一个进程间通信终结点，它是Socket应用程序用来在网络上发送或接收数据包的对象，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。
如下图所示，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。

 Socket的使用类型主要有两种：
（1）流套接字（streamsocket）：基于 TCP协议，采用流的方式提供可靠的字节流服务；
（2）数据报套接字(datagramsocket)：基于 UDP协议，采用数据报文提供数据打包发送的服务。

Socket通信流程
Socket起源于UNIX，在Unix一切皆文件哲学的思想下，Socket是一种"打开—读/写—关闭"模式的实现，服务器和客户端各自维护一个"文件"，在建立连接打开后，可以向自己文件写入内容供对方读取或者读取对方内容，通讯结束时关闭文件。以使用TCP协议通讯的Socket为例，其交互流程大概是这样子的：

（1）服务器根据地址类型（ipv4,ipv6）、socket类型、协议创建socket；
（2）服务器为socket绑定ip地址和端口号；
（3）服务器socket监听端口号请求，随时准备接收客户端发来的连接，这时候服务器的socket并没有被打开；
（4）客户端创建socket；
（5）客户端打开socket，根据服务器ip地址和端口号试图连接服务器socket；
（6）服务器socket接收到客户端socket请求，被动打开，开始接收客户端请求，直到客户端返回连接信息。这时候socket进入阻塞状态，所谓阻塞即accept()方法一直到客户端返回连接信息后才返回，开始接收下一个客户端谅解请求；
（7）客户端连接成功，向服务器发送连接状态信息；
（8）服务器accept方法返回，连接成功；
（9）客户端向socket写入信息；
（10）服务器读取信息；
（11）客户端关闭；
（12）服务器端关闭。
以上，一次socket通信流程的交互结束。
4. 代码实现
（1）创建一个socket:socket()
int socket(int domain, int type, int protocol);

domain：与socket通信的domain。
type：socket类型，SOCK_STREAM（TCP），SOCK_DGRAM（UDP）。
protocol：通常指定为0，在RAW_SOCKET中为IPPROTO_RAW。
return: 新创建socket的文件描述符。
（2）将socket绑定到地址：bind()
int bind(int sockfd, const struct sockaddr* addr, socklen_t addrlen);
sockfd：在socket()调用取得的文件描述符。
addr：要socket绑定到的地址。
addrlen：制定了地址结构的大小。
return：-1为绑定失败。
（3）监听接入连接：listen()
int listen(int sockfd, int backlog);
sockfd：socket文件描述符。
backlog：限制未决连接的数量（在调用accept()前收到connect()的连接）。
return: -1为监听失败。
（4）接受连接：accept()
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
sockfd：socket文件描述符。
addr：对端socket的地址结构。
addrlen：对端socket地址结构的长度。
return：和对端连接的文件描述符。
当调用accept()时，会创建一个新的socket，并且由这个新创建的socket来与执行connect()的对等socket进行连接。
（5）连接到对等socket：connect()
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
sockfd：socket文件描述符。
addr：要连接到socket的地址。
addrlen：地址结构的长度。
（6）连接终止：close()
终止一个流socket的连接，如果多个文件描述符引用了一个socket，那么所有描述符被关闭后才会终止（若调用shutdown()则可以强制关闭socket上的信道）。

Socket中TCP的三次握手建立连接详解
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：
1）客户端向服务器发送一个SYN J；
2）服务器向客户端响应一个SYN K，并对SYN J进行确认ACKJ+1；
3）客户端再想服务器发一个确认ACK K+1。

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。
6. Socket中TCP的四次握手释放连接
Socket中四次握手释放连接的过程，请看下图：
大致流程为：
1）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；
2）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；
3）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；
4）接收到这个FIN的源发送端TCP对它进行确认。

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