socket网络编程（二）（tcp udp）

1、socket大概介绍

Socket的中文翻译过来就是“套接字”。套接字是什么，我们先来看看它的英文含义：插座。

Socket就像一个电话插座，负责连通两端的电话，进行点对点通信，让电话可以进行通信，端口就像插座上的孔，端口不能同时被其他进程占用。而我们建立连接就像把插头插在这个插座上，创建一个Socket实例开始监听后，这个电话插座就时刻监听着消息的传入，谁拨通我这个 “IP地址和端口”，我就接通谁。

实际上，Socket是在应用层和传输层之间的一个抽象层，它把TCP/IP层复杂的操作抽象为几个简单的接口，供应用层调用实现进程在网络中的通信。Socket起源于UNIX，在Unix一切皆文件的思想下，进程间通信就被冠名为文件描述符（file desciptor），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。

2、TCP/IP协议

要理解socket必须的得理解tcp/ip，socket 通信是基于TCP/IP 网络层上的一种传送方式，我们通常把TCP和UDP称为传输层。

TCP/IP协议不同于iso的7个分层，它是根据这7个分层，将其重新划分：

TCP/IP协议参考模型把所有的TCP/IP系列协议归类到四个抽象层中

应用层：TFTP，HTTP，SNMP，FTP，SMTP，DNS，Telnet 等等

传输层：TCP，UDP

网络层：IP，ICMP，OSPF，EIGRP，IGMP

数据链路层：SLIP，CSLIP，PPP，MTU

每一抽象层建立在低一层提供的服务上，并且为高一层提供服务，看起来大概是这样子的：

通过上面的图形，由于底一层的需要向高一层的提供服务。

3、再次理解socket

到目前为止，大致的了解了应用程序和tcpip协议的大致关系，我们只是知道socket编程是在tcp/IP上的网络编程，但是socket在上述的模型的什么位置呢：

我们可以发现socket是在应用层和传输层之间的一个抽象层，它把TCP/IP层复杂的操作抽象为几个简单的接口，供应用层调用以实现进程在网络中通信。

4、Socket通信过程（tcp）

Socket保证了不同计算机之间的通信，也就是网络通信。对于网站，通信模型是服务器与客户端之间的通信。两端都建立了一个Socket对象，然后通过Socket对象对数据进行传输。通常服务器处于一个无限循环，等待客户端的连接。

一图胜千言，下面是面向连接的TCP时序图：

客户端过程：

客户端的过程比较简单，创建Socket，连接服务器，将Socket与远程主机连接（注意：只有TCP才有“连接”的概念，一些Socket比如UDP、ICMP和ARP没有“连接”的概念），发送数据，读取响应数据，直到数据交换完毕，关闭连接，结束TCP对话。

服务端过程：

咱再来聊聊服务端的过程，服务端先初始化Socket，建立流式套接字，与本机地址及端口进行绑定，然后通知TCP，准备好接收连接，调用accept()阻塞，等待来自客户端的连接。如果这时客户端与服务器建立了连接，客户端发送数据请求，服务器接收请求并处理请求，然后把响应数据发送给客户端，客户端读取数据，直到数据交换完毕。最后关闭连接，交互结束。

TCP三次握手的Socket过程：

• 服务器调用socket()、bind()、listen()完成初始化后，调用accept()阻塞等待；
• 客户端Socket对象调用connect()向服务器发送了一个SYN并阻塞；
• 服务器完成了第一次握手，即发送SYN和ACK应答；
• 客户端收到服务端发送的应答之后，从connect()返回，再发送一个ACK给服务器；
• 服务器Socket对象接收客户端第三次握手ACK确认，此时服务端从accept()返回，建立连接。

接下来就是两个端的连接对象互相收发数据。

TCP四次挥手的Socket过程：

• 某个应用进程调用close()主动关闭，发送一个FIN；
• 另一端接收到FIN后被动执行关闭，并发送ACK确认；
• 之后被动执行关闭的应用进程调用close()关闭Socket，并也发送一个FIN；
• 接收到这个FIN的一端向另一端ACK确认。

上面的代码是简单的演示Socket的基本函数使用，其实不管有多复杂的网络程序，这些基本函数都会用到。上面的服务端代码只有处理完一个客户端请求才会去处理下一个客户端的请求，这样的服务器处理能力很弱，而实际中服务器都需要有并发处理能力，为了达到并发处理，服务器就需要fork一个新的进程或者线程去处理请求。

5、一些重要概念的理解

1、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。

2、TCP和UDP的区别
a: 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。

b: 也正由于a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。

3、socket心跳包机制实践与理解
实现Socket心跳包主要分为两大类，第一采用tcp自带的KeepAlive，第二是自定义心跳包。
首先第一种KeepAlive机制，这种机制的原理是在客户机与服务器之间维持一个低级别的探查，当检查到一定时间双方没有发生通信时，则会启动通信心跳，连续通信三次，每次间隔一个时间，根据这次探查结果来确认当前socket是否可用。 这种机制的好处就在于具体的通信内容不需要程序员操心发送与接受，它自动实现了这套功能。

4、socket通信有两个概念，一定要区分清
首先上面讲的client和server之间的socket通信指的是两台设备之间的通信，有三次握手这些概念；
而还有一种socket通信指的是应用层app访问网络设备底层驱动之间的通信，如下：

int