Android网络编程——Socket

一 前言

在之前的文章中有提过Socket（作为进程间通信的一种方式），其实Socket是封装了底层的TCP和UDP协议，为开发者提供的友好网络编程接口（注意是个编程库，不是协议），对开发者而言是网络编程的重要知识点。要了解Socket我们先从网络的基础知识讲起，看看Socket在网络模型中的位置。

二 网络基础知识

20世纪70年代Vinton Gray Cerf(文顿·瑟夫)和Robert Elliot Kahn(罗伯特·卡恩)两位先生设计了TCP/IP协议模型，奠定了现代网络的基础知识。这世上从来就没有什么理所当然就存在的事情，感谢先辈们的付出，向他们致敬。后来又经过分层设计，演变成了现在的四层模型（自上而下分为应用层、传输层、网络互联层和网络接口层）。这个四层协议模型为业界所通用，但不知道什么原因国际化标准组织搞了一个七层的OSI组织模型，这个七层模型层数太多，遭到很多专家反对，其中普度大学的教授Douglas Comer(先生在网络界的盛名不需多说)这样批评这个七层模型（下面是引用WolfcsTec翻译的教授文章原话）

研究人员开始回顾 OSI 七层参考模型的起源，琢磨这个笨重的、模糊不清的模型为什么如此的持久，总是挥之不去。他们发现了一个令人吃惊的事实。我们早就知道，这个模型是一个小组（国际化标准组织）的工作，但是我们不知道，那群人在一天夜里聚在酒吧里取笑美国的流行文化。他们在餐巾纸上胡乱写下迪斯尼电影《白雪公主和七个小矮人》中的七个小矮人的名字。有人开玩笑说，“7”对网络分层来讲是一个很好的数字。第二天上午在标准化委员会的会议上，工作组传看着餐巾纸，一致同意了他们前天夜里喝醉以后的重大发现。那天结束时，他们对七个层次重新命名（听起来更加科学），于是基本模型诞生了。以下罗列了七层的名字和一些解释：
层次 小矮人的名字 OSI分层的名字 解释
1 Sleepy Physical（物理层） . . . . . .
2 Sneezy Link (链路层) . . . . . .
3 Happy Network（网络层） . . . . . .
4 Doc Transport（传输层） . . . . . . .
5 Dopey Session（会话层） . . . . . .
6 Bashful Presentation（表示层） . . . . . .
7 Grumpy Application （应用层） . . . . . .
这个故事的教训：如果你是一个标准委员会的工程师，就不要和你的同事去喝酒——深夜里一个拙劣的笑话，有可能成为工业界几十年都挥之不去的梦魇。

好吧，教授这段话，诛心之论，那还说什么，我们就看看计算机的四层TCP/IP网络模型。

2.1 TCP/IP协议模型

废话不多说，先上一张我画的图

TCP/IP四层模型.jpg

以应用层的Http协议简单解释这四层

• 应用层:用户在浏览器输入一个"http://"开头的url地址后，浏览器会根据网址的含义，生成HTTP请求消息。然后把消息向下转交给传输层。
• 传输层：传输层按照网络数据包的长度对数据拆分，在每个包前面加上TCP头部并向下转交给网络互联层（IP层）。
• 网络互联层：网络互联层在TCP包的前面加上IP头部，然后向下转交给接口层。
• 网络接口层：如果是以太网络时，会查询MAC地址，并加上MAC头部，向下转交给网卡驱动。

2.2 网络数据传输流程

上面说了TCP/IP协议的四层模型，好像没看到Socket（这说明他确实不是一个协议），接下来梳理网络数据传输的流程。先看自己梳理的一张网络数据在客户端/服务端之间的数据传输图。

网络数据传输.jpg

流程很清晰，就不在多说，说几个关注点：

• 请求方，数据打包，并层层加头部向下传递；
• 接收方，数据向上层层解析；
• 在应用层生成数据后，会通过调用Socket库委托系统协议栈（TCP/IP协议）发送和接受数据；
• Scoket库封装了TCP或者UDP协议；

下面先看看TCP和UDP协议连接流程。

2.3 TCP协议

TCP是一种面向连接、面向字节流、全双工通信、可靠的协议。

2.3.1 TCP连接

先看一下TCP连接过程（也就是传说中的"三次握手"），如下图：

TCP三次握手.jpg

这里引用林沛满的一段解释（很形象）：

客户端：“我能和你建立连接吗？我的初始发送序号是X。如果你答应就Ack=X+1。”
服务端：“收到，Ack=X+1。我也想和你建立连接。我的初始序号是Y,你如果答应就Ack=Y+1。”
客户端：“收到，Ack=Y+1。”

注意上面的SYN标识正在发起连接。上面三次握手完成了TCP的连接。
为什么要搞三次这么复杂，两次不行吗。两次不可靠，后面会补上为什么两次不可靠的原因。

2.3.2 TCP断开

后续加上

2.4 UDP协议

UDP协议无需连接，数据发出去就不管了。另外，UDP传输的数据包相比较TCP而言，量很少。最典型的应用场景就是DNS查询。

三 Socket

上面说了Socket是封装了TCP或者UDP协议，提供给开发者的编程接口库。
其实就实现了上面讲的TCP协议和UDP协议原理。
一般Socket使用的几个步骤：

• 创建Socket。
• 连接阶段（将管道连接到服务器）。
• 通信阶段（通信阶段）。
• 断开阶段（断开连接管理，并删除套接字）。

    // 1.创建Socket对象，并指定连接服务端的IP及端口号 ，连接。
    Socket socket = new Socket("192.168.0.100", 8001);  
    // 判断客户端和服务器是否连接成功  
    socket.isConnected());

    // 2.通信阶段
            //创建输入流对象InputStream
            InputStream is = socket.getInputStream() 
            // 解析服务端返回数据
            InputStreamReader isr = new InputStreamReader(is);
            BufferedReader br = new BufferedReader(isr);
            //读取解析后的数据
            br.readLine()；
      
            // 从Socket 获得输出流对象OutputStream
            OutputStream outputStream = socket.getOutputStream(); 
            // 写入需要发送的数据到输出流对象中
            outputStream.write（"test"）.getBytes()）；
            // 发送数据到服务端 
            outputStream.flush();  
      // 3.断开阶段
            os.close();
            // 断开 客户端发送到服务器 的连接，即关闭输出流对象OutputStream
            br.close();
            // 断开 服务器发送到客户端 的连接，即关闭输入流读取器对象BufferedReader
            socket.close();
            // 最终关闭整个Socket连接

当然也需要服务端配合。
代码地址(利用BIO模式实现)：
Client端
Server 端

参考文章

[1] Wireshark网络分析就这么简单.林沛满
[2] 网络是怎样连接的.户根勤
[3] 鸟哥的Linux私房菜
重点推荐《网络是怎样连接的》这本书，本人还没看完，作者从软件到硬件，从服务器到交换机，每一方面都在行，而且文字功底好。
由于本人能力有限，有的方面理解不当，后续会根据情况继续调整。