后台开发核心技术（八）Socket通信之TCP

网络通信如何唯一标识一个进程：
传输层的”协议+端口“可以唯一标识主机的进程。

关于socket的TCP传输过程的参考博文

Socket：

套接字格式：

	{protocol,src_addr,src_port,dest_addr,dest_port}。

这常被称为套接字的五元组。其中protocol指定了是TCP还是UDP连接，其余的分别指定了源地址、源端口、目标地址、目标端口。

网络中的进程是通过socket来通信的。socket是”open->write/read->close"模式的一种实现。socket为这些操作提供了以下一些函数接口

1. socket() server socket:{protocal}

    int socket(int domain,int type,int protocal);
   

   socket对应于普通文件的打开操作，普通文件的打开返回一个文件描述字，而socket()返回一个socket描述符(整数类型的值)，唯一标识一个socket。失败返回INVALID_SOCKET(Linux中返回-1)。

   1 ) domain
   即协议族，决定了socket的地址类型。如AF_INET决定了要用ipv4与端口号的结合。

   2 ) type
   指定socket类型，常用的有：SOCK_STREAM(提供面向稳定的连接数据传输)、SOCK_DGRAM(表示使用不连续、不可靠的数据包连接)。

   3 ) protocal
   指定协议。常用的有：IPPROTP_TCP、IPPROTO_UDP等。对应TCP、UDP。

   (注意type和protocal不一定可以随意组合，比如SOCK_STREAM就不能和IPPROTP_UDP组合)。

   当socket()创建一个socket时，返回的socket描述字存在于协议族(AF_XXX)中，但没有一个具体地址。如果想要赋予地址，必须调用bind()，否则系统就在调用connect()、listen()时自动随机分配一个端口。

2. bind() server socket:{protocal,src_addr,src_port}

    int bind(int sockfd,const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen);
   

   bind()将地址族中的一个特定地址赋给socket(),例如对应AF_INET就是将ipv4地址和端口号组合赋给socket。

   1 ) sockft
   即socket描述字。
   2 ) addr
   一个const struct sockaddr*指针，指向要定给socket的协议地址。这个地址结构根据地址创建socket时的地址协议族不同而不同，如ipv4对应的是如下的代码：

    struct sockaddr_in{
    	sa_familly_t sin_family; //address family:AF_INET
    	in_port_t 	sin_port;	//port in network byte order
    	struct in_addr sin_addr; //internet address
    }；
    struct in_addr{
    	uint32_t s_addr;//address in network byte order
    }；
   

   3 ) addrlen
   对应的是地址的长度。

3. listen() 和 connect()
   server socket:{protocal,src_addr,src_port,dest_addr,dest_addr)
   clinet socket:{protocal,src_addr,src_port,dest_addr,dest_addr)

   作为服务器，在调用socket()、bind()之后就会调用listen()来监听这个socket；如果客户端调用connect()发出连接请求，服务器端就会接收到这个请求。

    int listen(int sockfd,int backlog)；
    int connect(int sockfd,const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen);
   

   listen()第一个参数即为要监听的socket描述字，第二个参数为相应socket可以排队的最大连接个数。socket()创建的socket默认是一个主动类型的，listen()将socket变为被动类型的，等待客户的连接请求。

   connect函数的第一个参数即为客户端socket描述字，第二个参数为服务器的socket地址，第三个参数为socket地址的长度。客户端通过调用connect函数来建立与TCP服务器的连接。

4. accept()
   TCP服务器依次调用socket()、bind()、listen()后，就会监听指定的socket地址了。TCP客户端依次调用socket()、connnet()之后就会向TCP服务器发送一个连接请求。TCP服务器监听到请求之后，就会调用accept()接受，这样连接就建立好了。

    int accept(int sockfd,struct sockaddr *addr,socklen_t *addrlen)；
   

   accept()第一个参数为服务器的socket描述字；第二个参数用于返回客户端的协议地址；第三个参数为协议的长度。如果accept成功，那么其返回值是由内核自动生成的一个全新的描述字，代表与返回客户的TCP连接。

   注意：accept的第一个参数为服务器的socket描述字，是服务器开始调用socket()生成的，为监听socket描述字；而accept函数返回的是已连接的socket描述字。一个服务器通常只创建一个监听socket描述字，在服务器生命周期内一直存在。内核为每个由服务器进程接受的客户创建了一个已连接socket描述字。
   连接还是那个连接，只不过服务器偷偷地换掉了这个tcp连接所关联的套接字和文件描述符，而客户端并不知道这一切。

5. read()和write()
   至此服务器与客户端已经建立好连接了，可以调用网络I/O进行读写操作。

    ssize_t read(int fd,void *buf,size_t count);
    ssize)t write(int fd,const void *buf,size_t count);
   

   read()负责从fd中读取内容。当读取成功时，read()返回实际所读字节数，如果为0表示已经读到文件的结束了，小于0出错。第一个参数为socket描述字fd;第二个参数为缓冲区buf；第三个参数为缓冲区长度count。

   write()负责将buf中的nbytes字节内容写入文件描述符fd成功时返回写的字节数。返回值大于0表示写了部分或者全部数据，小于0发生错误。三个参数分别是：fd表示socket描述字；buf表示缓冲区；count表示缓冲区长度。

6. close()
   完成了读写操作后，关闭相应的socket描述字。需要包含
   #include

    int close(int fd)；
   

   close一个TCP socket的默认行为时，会把该socket标记为关闭，该描述字不能再由调用进程使用，也就是不能在作为read或write的第一个参数。

   注意close()只是使相应socket描述字的引用计数-1，只有当引用计数为0的时候，会出发TCP客户端向服务器发送终止连接请求。

关于Socket的TCP通信的一些疑问：

1. close()使对应socket描述字引用计数-1——为什么socket描述字会有大于1的引用计数？

   思考：socket的地址唯一标志了某个主机的某个进程，但进程本身可能有多个子进程，这几个子进程都通过相同的socket描述字进行tcp连接。这使得对于同一个socket描述字有大于1的引用计数。

2. 在TCP4次挥手过程中，是如何发起主动close请求的？
   TCP的3次握手与4次挥手参考博文

   思考：
   客户端主动发起close()，服务器隐式调用close()：
   服务器主动发起close()，客户端隐式调用close()：
   
   也就是说，当某一端的套接字引用次数为0时，会发出终止连接请求。这是因为所有子进程都close()了这个套接字。对于客户端来说，好比关闭了一个网页；对于服务器来说，好比404。而另一端在接收到主动close()请求后，在ack的同时，自己也会隐式调用close()。

3. socket用来唯一标识某主机的某个端口，但是同一主机+端口可以有多个socket吗？

   思考：
   实际上服务器在accpet()以后，监听的socket和已连接的socket是两个不同的socket。但是它们都标志了相同的地址。在建立连接之后，read()和write()可以由两端调用，当进程没有被close()时，其第一个参数就是socket的描述符。(注意此时的socket是两边的连接socket)

4. 服务器关闭socket指的是哪个socket？

   思考：在accept()之后，用于tcp通信的socket已经由监听socket，改成了已连接socket，在read()、write()的过程中也是如此，那么close()自然而然也是已连接socket。监听socket直到整个服务器生命周期结束才会关闭。