TCP/IP网络编程（2）——套接字类型与协议设置

二、套接字类型与协议设置

2.1 套接字协议及数据传输特性

现实生活中，如果相隔很远的两人想展开对话，必须先决定对话方式，如果一方使用电话，那么另一方也只能使用电话，而不是书信。可以说，协议是对话中使用的通信规则把上述概念拓展到计算机领域可整理为计算机间对话必备通信规则。

2.1.1 创建套接字

#include 
int socket(int domain, int type, int protocol);
/*
成功时返回文件描述符，失败时返回-1
domain: 套接字中使用的协议族（Protocol Family）
type: 套接字数据传输的类型信息
protocol: 计算机间通信中使用的协议信息
*/

2.1.2 协议族（Protocol Family）

此协议分类信息称为协议族，可分成如下几类：

头文件 sys/socket.h 中声明的协议族

名称	协议族
PF_INET	IPV4 互联网协议族
PF_INET6	IPV6 互联网协议族
PF_LOCAL	本地通信 Unix 协议族
PF_PACKET	底层套接字的协议族
PF_IPX	IPX Novel 协议族

2.1.3 套接字类型（Type）

套接字类型指的是套接字的数据传输方式，是通过 socket 函数的第二个参数进行传递，只有这样才能决定创建的套接字的数据传输方式。

已经通过第一个参数传递了协议族信息，为什么还要决定数据传输方式？
问题就在于，决定了协议族并不能同时决定数据传输方式。换言之， socket 函数的第一个参数 PF_INET 协议族中也存在多种数据传输方式。

2.1.4 套接字类型1：面向连接的套接字（SOCK_STREAM）

如果 socket 函数的第二个参数传递SOCK_STREAM，将创建面向连接的套接字。

传输方式特征整理如下：

• 传输过程中数据不会消失
• 按序传输数据
• 传输的数据不存在数据边界（Boundary）

这种情形适用于之前说过的 write 和 read 函数

传输数据的计算机通过调用3次 write 函数传递了 100 字节的数据，但是接受数据的计算机仅仅通过调用 1 次 read 函数调用就接受了全部 100 个字节。

收发数据的套接字内部有缓冲（buffer），简言之就是字节数组。只要不超过数组容量，那么数据填满缓冲后过 1 次 read 函数的调用就可以读取全部，也有可能调用多次来完成读取。

套接字缓冲已满是否意味着数据丢失？

答：缓冲并不总是满的。如果读取速度比数据传入过来的速度慢，则缓冲可能被填满，但是这时也不会丢失数据，因为传输套接字此时会停止数据传输，所以面向连接的套接字不会发生数据丢失。

套接字联机必须一一对应。面向连接的套接字可总结为：

可靠地、按序传递的、基于字节的面向连接的数据传输方式的套接字。

2.1.5 面向消息的套接字（SOCK_DGRAM）

如果 socket 函数的第二个参数传递 SOCK_DGRAM ，则将创建面向消息的套接字。面向消息的套接字可以比喻成高速移动的摩托车队。特点如下：

• 强调快速传输而非传输有序
• 传输的数据可能丢失也可能损毁
• 传输的数据有边界
• 限制每次传输数据的大小

面向消息的套接字比面向连接的套接字更具哟传输速度，但可能丢失。特点可总结为：
不可靠的、不按序传递的、以数据的高速传输为目的套接字。

2.1.6 协议的最终选择

socket 函数的第三个参数决定最终采用的协议。前面已经通过前两个参数传递了协议族信息和套接字数据传输方式，这些信息还不够吗？为什么要传输第三个参数呢？

可以应对同一协议族中存在的多个数据传输方式相同的协议，所以数据传输方式相同，但是协议不同，需要用第三个参数指定具体的协议信息。

Ipv4 的协议族和面向连接的数据传输，满足这两个条件的协议只有IPPROTO_TCP ，因此可以如下调用 socket 函数创建套接字，这种套接字称为 TCP 套接字

int tcp_socket = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);

SOCK_DGRAM 指的是面向消息的数据传输方式，满足上述条件的协议只有 IPPROTO_UDP 。这种套接字称为 UDP 套接字：

int udp_socket = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP);

基于TCP的客户端和服务端代码如下：

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2.3 习题

1. 什么是协议？在收发数据中定义协议有何意义？

   答：协议是对话中使用的通信规则，简言之，协议就是为了完成数据交换而定好的约定。在收发数据中定义协议，能够让计算机之间进行对话，以此来实现信息交换和资源共享。

2. 面向连接的套接字 TCP 套接字传输特性有 3 点，请分别说明。

   答：①传输过程中数据不会消失②按序传输数据③传输的数据不存在数据边界（Boundary）

3. 下面那些是面向消息的套接字的特性？

   • 传输数据可能丢失
   • 没有数据边界（Boundary）
   • 以快速传递为目标
   • 不限制每次传输数据大小
   • 与面向连接的套接字不同，不存在连接概念

4. 下列数据适合用哪类套接字进行传输？

   • 演唱会现场直播的多媒体数据（UDP）
   • 某人压缩过的文本文件（TCP）
   • 网上银行用户与银行之间的数据传递（TCP）

5. 何种类型的套接字不存在数据边界？这类套接字接收数据时应该注意什么？

   答：TCP 不存在数据边界。在接收数据时，需要保证在接收套接字的缓冲区填充满之时就从buffer里读取数据。也就是，在接收套接字内部，写入buffer的速度要小于读出buffer的速度。