Socket 套接字通信（及TCP介绍）

Socket 套接字通信

全员干货~，知识点相对底层！

1.TCP/IP 基础知识

TCP（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

TCP 数据报结构

1. 序号：用于标识从 计算机A 发送到 计算机B 的数据包的序号，发送数据时对此标记
2. 确认号：Ack ，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

URG：紧急指针（urgent pointer）有效。
ACK：确认序号有效。
PSH：接收方应该尽快将这个报文交给应用层。
RST：重置连接。
SYN：建立一个新连接。
FIN：断开一个连接。

1.1TCP的三次握手 （面试重点）

过程描述：

1. 首先 客户端 发送 连接请求报文
2. 服务器端 接受 连接后回复ACK报文 ， 并为这次连接分配资源
3. 客户端 接受到 ACK报文后 也向服务器端发送ACK报文，并分配资源，这样TCP连接就建立了

注意： 三次握手的关键是要确认对方收到了自己的数据包，这个目标就是通过“确认号（Ack）”字段实现的。计算机会记录下自己发送的数据包序号Seq，待收到对方的数据包后，检测“确认号（Ack）”字段，看Ack = Seq + 1是否成立，如果成立说明对方正确收到了自己的数据包

注意： 3次握手完成两个重要的功能，既要双方做好发送数据的准备工作(双方都知道彼此已准备好)，也要允许双方就初始序列号进行协商，这个序列号在握手过程中被发送和确认。

1.2 TCP的四次挥手（面试重点）

断开连接让计算机释放不再使用的资源。如果连接不能正常断开，不仅会造成数据传输错误，还会导致套接字不能关闭，持续占用资源，如果并发量高，服务器压力堪忧。

四次挥手即终止TCP连接，断开一个TCP连接时，需要客户端和服务器端总共发出4个包已确认连接的断开。在socket编程中，这一过程由客户端或服务器端任一方执行close()来触发。

参考四次握手

网络通信基础

网络通信的主体主要分为两部分： 客户端和服务器端。在客户端和服务器通信的时候需要频繁提到三个概念：IP、端口、通信数据

**字节序： **字节的顺序，就是大于一个字节类型的数据在内存中的存放顺序，对单字节来说没有字节序问题（字符串是单字节集合体），因此字符串也没有字节序问题。

计算机中字节存储机制主要有两种： 大端，小端

• 主机字节序 (小端)：

数据的低位字节存储在内存的低位地址，数据的高位字节存储到内存的高位地址

• 网络字节序（大端）：

数据的低位字节存储在内存的高位地址，数据的高位字节存储到内存的低位地址

​ 套接字通信过程中操作的数据都是大端存储的，包括：接收/发送的数据、IP地址、端口。

TCP通信流程（十分重要）

TCP 是一个面向连接的，安全的，流式传输协议， 这个协议是一个传输层协议。

面向连接：是一个双向连接，通过三次握手完成，断开连接需要通过四次挥手完成。
安全：tcp 通信过程中，会对发送的每一数据包都会进行校验，如果发现数据丢失，会自动重传
流式传输：发送端和接收端处理数据的速度，数据的量都可以不一致

TCP服器端通信流程

1.创建用于监听的套接字，这个套接字是一个文件描述符

int Ifd = socket();

2.将得到的监听的文件描述符和本地的IP端口进行绑定

bind();

3.设置监听（成功后开始监听，监听客户端的连接）

listen();

4.等待并接受客户端的连接请求，建立新的连接，会获得新的文件描述符（通信）没有连接请求就阻塞

int cft = accpet();

5.通信，读写操作默认是阻塞的

//接受数据
read();  / recv()
//发送数据
write（）； / send();

6.断开连接，关闭套接字

close();

文件描述符

服务器端的两类文件描述符： 1.用于监听新的客户端 2.接受已建立连接的客户端数据

文件描述符内存结构：读缓存区、写缓存区

一个文件描述符对应两块内存：一块是读缓存区，一块是写缓存区

读数据：通过文件描述符将某块内存中的数据读出来，这块内存称为：读缓存区

写数据：通过文件描述符将数据写入某块内存中，这块内存称为：写缓存区

监听的文件描述符：

客户端的连接请求发送到服务器端监听的文件描述符的读缓存区，读缓存区中有数据说明有新的客户端连接，调用accept()函数，accept()函数会检测 监听文件描述符 的读缓存区

检测不到数据，该函数阻塞，如检测到数据，解除阻塞，新的连接建立

通信的文件描述符

客户端 和 服务器端 都有 通信的文件描述符

发送数据：调用write() /send() ，数据进入内核中

​ 数据没有被发送出去，而是将数据写入 ”通信的文件描述符“ 对应的 写缓冲区 中

​ 内核检测到 “通信的文件描述符” 的写缓存区中有数据，内核会将数据发送到网络中

接受数据：调用read()/recv() , 从内核读数据

​ 数据如何进入到内核程序 程序员不需要处理 ， 数据进入到 通信的文件描述符 的读缓存区中

​ 数据进入到内核，必须使用 “通信的文件描述符”，将数据从读缓存区中读出即可

客户端的通信流程

单线程的情况下客户端通信的文件描述符有一个，没有监听的文件描述符

1.创建一个通信的套接字

int cfd =socked();

2.连接服务器，需要知道服务器绑定的 IP 和 端头

connect();

3.通信

//接受数据
read();   / recv();
//发送数据
write(); / send();

4.断开连接，关闭文件描述符（套接字）

close();

客户端的通信流程

单线程的情况下客户端通信的文件描述符有一个，没有监听的文件描述符

1.创建一个通信的套接字

int cfd =socked();

2.连接服务器，需要知道服务器绑定的 IP 和 端头

connect();

3.通信

//接受数据
read();   / recv();
//发送数据
write(); / send();

4.断开连接，关闭文件描述符（套接字）

close();