6. socket

6.1 socket 简介

socket是为了实现以上的通信过程而建立成来的通信管道，其真实的代表是客户端和服务器端的一个通信进程，双方进程通过socket进行通信，而通信的规则采用指定的协议。
socket只是一种连接模式，不是协议，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。tcp、udp，简单的说（虽然不准确）是两个最基本的协议,很多其它协议都是基于这两个协议如，http就是基于tcp的，.用socket可以创建tcp连接，也可以创建udp连接，这意味着，用socket可以创建任何协议的连接，因为其它协议都是基于此的。

6.2 socket 特点

socket	优点	缺点
socket	传输数据为字节级，传输数据可自定义，数据量小（对于手机应用讲：费用低）	需对传输的数据进行解析，转化成应用级的数据
socket	传输数据时间短，性能高	对开发人员的开发水平要求高
socket	适合于客户端和服务器端之间信息实时交互	相对于Http协议传输，增加了开发量
socket	可以加密,数据安全性强

6.3 socket 对比 HTTP

6.4 socket 建立连接过程

• 在前面已经讲解过了TCP的三次握手建立连接，四次挥手断开连接的过程。
  这里socket的建立连接和断开连接起始就是这个过程的代码实现。

• 回顾tcp三次握手过程

  1. 第一次握手：客户端尝试连接服务器，向服务器发送syn包，syn=j，客户端进入SYN_SEND状态等待服务器确认

  2. 第二次握手：服务器接收客户端syn包并确认（ack=j+1），同时向客户端发送一个SYN包（syn=k），即SYN+ACK包，此时服务器进入SYN_RECV状态

  3. 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

流程图：

• 根据tcp的三次握手，socket也定义了三次握手，也许是参考tcp的三次握手，一些计算机大神们画出了socket的三次握手的模型图
  

• socket建立连接客户端流程

（1）打开一通信通道，并连接到服务器所在主机的特定端口；
（2）向服务器发服务请求报文，等待并接收应答；继续提出请求…
（3）请求结束后关闭通信通道并终止。

• socket建立连接服务器端流程

（1）打开一通信通道并告知本地主机，它愿意在某一公认地址上的某端口（如FTP的端口可能为21）接收客户请求；
（2）等待客户请求到达该端口；
（3）接收到客户端的服务请求时，处理该请求并发送应答信号。接收到并发服务请求，要激活一新进程来处理这个客户请求（如UNIX系统中用fork、exec）。新进程处理此客户请求，并不需要对其它请求作出应答。服务完成后，关闭此新进程与客户的通信链路，并终止。
（4）返回第（2）步，等待另一客户请求。
（5）关闭服务器

6.5 socket 建立连接代码实现

6.5.1 客户端代码

• swift代码

 dispatch_sync(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{// 处理耗时操作的代码块...// 创建socket/*1.AF_INET: ipv4 执行ip协议的版本2.SOCK_STREAM：指定Socket类型,面向连接的流式socket 传输层的协议3.IPPROTO_TCP：指定协议。 IPPROTO_TCP 传输方式TCP传输协议返回值 大于0 创建成功*/_clientSocket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);// 建立连接(与服务器)/*终端里面 命令模拟服务器 netcat  nc -lk 12345参数一：套接字描述符参数二：指向数据结构sockaddr的指针，其中包括目的端口和IP地址参数三：参数二sockaddr的长度，可以通过sizeof（struct sockaddr）获得返回值 int -1失败 0 成功*/struct sockaddr_in addr;/* 填写sockaddr_in结构*/addr.sin_family = AF_INET;addr.sin_port=htons(8080);addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.0.99");int connectResult = connect( _clientSocket, (const struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));// 发送数据(到服务器)/*第一个参数指定发送端套接字描述符；第二个参数指明一个存放应用程式要发送数据的缓冲区；第三个参数指明实际要发送的数据的字符数；第四个参数一般置0。成功则返回实际传送出去的字符数，失败返回－1，*/char * str = "itcast";ssize_t sendLen = send( _clientSocket, str, strlen(str), 0);// 接送数据(从服务器)/*第一个参数socket第二个参数存放数据的缓冲区第三个参数缓冲区长度。第四个参数指定调用方式,一般置0返回值 接收成功的字符数*/char *buf[1024];ssize_t recvLen = recv( _clientSocket, buf, sizeof(buf), 0);NSLog(@"---->%ld",recvLen);});
//    [self test];
}

• c 语言实现代码

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<netinet/in.h>
#include<sys/socket.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#define BUFFER_SIZE 1024  int main(int argc, const char * argv[])
{  struct sockaddr_in server_addr;  server_addr.sin_family = AF_INET;  server_addr.sin_port = htons(11332);  server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");  bzero(&(server_addr.sin_zero), 8);  int server_sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);  if(server_sock_fd == -1)  {  perror("socket error");  return 1;  }  char recv_msg[BUFFER_SIZE];  char input_msg[BUFFER_SIZE];  if(connect(server_sock_fd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(struct sockaddr_in)) == 0)  {  fd_set client_fd_set;  struct timeval tv;  while(1)  {  tv.tv_sec = 20;  tv.tv_usec = 0;  FD_ZERO(&client_fd_set);  FD_SET(STDIN_FILENO, &client_fd_set);  FD_SET(server_sock_fd, &client_fd_set);  select(server_sock_fd + 1, &client_fd_set, NULL, NULL, &tv);  if(FD_ISSET(STDIN_FILENO, &client_fd_set))  {  bzero(input_msg, BUFFER_SIZE);  fgets(input_msg, BUFFER_SIZE, stdin);  if(send(server_sock_fd, input_msg, BUFFER_SIZE, 0) == -1)  {  perror("发送消息出错!\n");  }  }  if(FD_ISSET(server_sock_fd, &client_fd_set))  {  bzero(recv_msg, BUFFER_SIZE);  long byte_num = recv(server_sock_fd, recv_msg, BUFFER_SIZE, 0);  if(byte_num > 0)  {  if(byte_num > BUFFER_SIZE)  {  byte_num = BUFFER_SIZE;  }  recv_msg[byte_num] = '\0';  printf("服务器:%s\n", recv_msg);  }  else if(byte_num < 0)  {  printf("接受消息出错!\n");  }  else  {  printf("服务器端退出!\n");  exit(0);  }  }  }  //}  }  return 0;
} 

6.5.2 服务器端代码

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<netinet/in.h>
#include<sys/socket.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#define BACKLOG 5     //完成三次握手但没有accept的队列的长度
#define CONCURRENT_MAX 8   //应用层同时可以处理的连接
#define SERVER_PORT 11332
#define BUFFER_SIZE 1024
#define QUIT_CMD ".quit"
int client_fds[CONCURRENT_MAX];
int main(int argc, const char * argv[])
{  char input_msg[BUFFER_SIZE];  char recv_msg[BUFFER_SIZE];  //本地地址  struct sockaddr_in server_addr;  server_addr.sin_family = AF_INET;  server_addr.sin_port = htons(SERVER_PORT);  server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");  bzero(&(server_addr.sin_zero), 8);  //创建socket  int server_sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);  if(server_sock_fd == -1)  {  perror("socket error");  return 1;  }  //绑定socket  int bind_result = bind(server_sock_fd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr));  if(bind_result == -1)  {  perror("bind error");  return 1;  }  //listen  if(listen(server_sock_fd, BACKLOG) == -1)  {  perror("listen error");  return 1;  }  //fd_set  fd_set server_fd_set;  int max_fd = -1;  struct timeval tv;  //超时时间设置  while(1)  {  tv.tv_sec = 20;  tv.tv_usec = 0;  FD_ZERO(&server_fd_set);  FD_SET(STDIN_FILENO, &server_fd_set);  if(max_fd <STDIN_FILENO)  {  max_fd = STDIN_FILENO;  }  //printf("STDIN_FILENO=%d\n", STDIN_FILENO);  //服务器端socket  FD_SET(server_sock_fd, &server_fd_set);  // printf("server_sock_fd=%d\n", server_sock_fd);  if(max_fd < server_sock_fd)  {  max_fd = server_sock_fd;  }  //客户端连接  for(int i =0; i < CONCURRENT_MAX; i++)  {  //printf("client_fds[%d]=%d\n", i, client_fds[i]);  if(client_fds[i] != 0)  {  FD_SET(client_fds[i], &server_fd_set);  if(max_fd < client_fds[i])  {  max_fd = client_fds[i];  }  }  }  int ret = select(max_fd + 1, &server_fd_set, NULL, NULL, &tv);  if(ret < 0)  {  perror("select 出错\n");  continue;  }  else if(ret == 0)  {  printf("select 超时\n");  continue;  }  else  {  //ret 为未状态发生变化的文件描述符的个数  if(FD_ISSET(STDIN_FILENO, &server_fd_set))  {  printf("发送消息：\n");  bzero(input_msg, BUFFER_SIZE);  fgets(input_msg, BUFFER_SIZE, stdin);  //输入“.quit"则退出服务器  if(strcmp(input_msg, QUIT_CMD) == 0)  {  exit(0);  }  for(int i = 0; i < CONCURRENT_MAX; i++)  {  if(client_fds[i] != 0)  {  printf("client_fds[%d]=%d\n", i, client_fds[i]);  send(client_fds[i], input_msg, BUFFER_SIZE, 0);  }  }  }  if(FD_ISSET(server_sock_fd, &server_fd_set))  {  //有新的连接请求  struct sockaddr_in client_address;  socklen_t address_len;  int client_sock_fd = accept(server_sock_fd, (struct sockaddr *)&client_address, &address_len);  printf("new connection client_sock_fd = %d\n", client_sock_fd);  if(client_sock_fd > 0)  {  int index = -1;  for(int i = 0; i < CONCURRENT_MAX; i++)  {  if(client_fds[i] == 0)  {  index = i;  client_fds[i] = client_sock_fd;  break;  }  }  if(index >= 0)  {  printf("新客户端(%d)加入成功 %s:%d\n", index, inet_ntoa(client_address.sin_addr), ntohs(client_address.sin_port));  }  else  {  bzero(input_msg, BUFFER_SIZE);  strcpy(input_msg, "服务器加入的客户端数达到最大值,无法加入!\n");  send(client_sock_fd, input_msg, BUFFER_SIZE, 0);  printf("客户端连接数达到最大值，新客户端加入失败 %s:%d\n", inet_ntoa(client_address.sin_addr), ntohs(client_address.sin_port));  }  }  }  for(int i =0; i < CONCURRENT_MAX; i++)  {  if(client_fds[i] !=0)  {  if(FD_ISSET(client_fds[i], &server_fd_set))  {  //处理某个客户端过来的消息  bzero(recv_msg, BUFFER_SIZE);  long byte_num = recv(client_fds[i], recv_msg, BUFFER_SIZE, 0);  if (byte_num > 0)  {  if(byte_num > BUFFER_SIZE)  {  byte_num = BUFFER_SIZE;  }  recv_msg[byte_num] = '\0';  printf("客户端(%d):%s\n", i, recv_msg);  }  else if(byte_num < 0)  {  printf("从客户端(%d)接受消息出错.\n", i);  }  else  {  FD_CLR(client_fds[i], &server_fd_set);  client_fds[i] = 0;  printf("客户端(%d)退出了\n", i);  }  }  }  }  }  }  return 0;
} 

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