iOS套接字简析 --> Socket

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一、不同的TCP/IP和其他的协议在最初OSI模型中的位置：

7 应用层例如HTTP、SMTP、SNMP、FTP、Telnet、SIP、SSH、NFS、RTSP、XMPP、Whois、ENRP
6 表示层 例如XDR、ASN.1、SMB、AFP、NCP
5 会话层 例如ASAP、TLS、SSH、ISO 8327 / CCITTX.225、RPC、NetBIOS、ASP、Winsock、BSD sockets
4 传输层 例如TCP、UDP、RTP、SCTP、SPX、ATP、IL
3 网络层 例如IP、ICMP、IGMP、IPX、BGP、OSPF、RIP、IGRP、EIGRP、ARP、RARP、X.25
2 数据链路层 例如以太网、令牌环、HDLC、帧中继、ISDN、ATM、IEEE 802.11、FDDI、PPP
1 物理层 例如线路、无线电、光纤、信鸽

 二、Socket简介

1、简述

在本地可以通过进程PID来唯一标识一个进程，但是在网络中这是行不通的。其实TCP/IP协议族已经帮我们解决了这个问题，网络层的“ip地址”可以唯一标识网络中的主机，而传输层的“协议+端口”可以唯一标识主机中的应用程序（进程）。这样利用三元组（ip地址，协议，端口）就可以标识网络的进程了，网络中的进程通信就可以利用这个标志与其它进程进行交互。

socket起源于Unix，而Unix/Linux基本哲学之一就是“一切设备皆文件”，都可以用“打开open –> 读写write/read –> 关闭close”模式来操作。我的理解就是Socket就是该模式的一个实现，socket即是一种特殊的文件，一些socket函数就是对其进行的操作（读/写IO、打开、关闭）。

2、(tcp/udp)socket连接和http连接的区别

网页都是http协议传输到浏览器, 而http是基于socket之上的。socket是一套完成tcp，udp协议的接口。
HTTP协议：简单对象访问协议，对应于应用层  ，HTTP协议是基于TCP连接的
tcp协议：    对应于传输层
ip协议：     对应于网络层 TCP/IP是传输层协议，主要解决数据如何在网络中传输；而HTTP是应用层协议，主要解决如何包装数据。
Socket是对TCP/IP协议的封装，Socket本身并不是协议，而是一个调用接口（API），通过Socket，我们才能使用TCP/IP协议。
http连接：http连接就是所谓的短连接，即客户端向服务器端发送一次请求，服务器端响应后连接即会断掉；
socket连接：socket连接就是所谓的长连接，理论上客户端和服务器端一旦建立起连接将不会主动断掉

3、TCP与UDP

TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）是基于连接的协议，也就是说，在正式收发数据前，必须和对方建立可靠的连接。一个TCP连接必须要经过三次“对话”才能建立起来，我们来看看这三次对话的简单过程：1.主机A向主机B发出连接请求数据包SYN；2.主机B向主机A发送同意连接和要求同步（同步就是两台主机一个在发送，一个在接收，协调工作）的数据包；3.主机A再发出一个数据包确认主机B的要求同步：“我现在就发，你接着吧！”，这是第三次对话。三次“对话”的目的是使数据包的发送和接收同步，经过三次“对话”之后，主机A才向主机B正式发送数据。
UDP（User Data Protocol，用户数据报协议）是与TCP相对应的协议。它是面向非连接的协议，它不与对方建立连接，而是直接就把数据包发送过去！  UDP适用于一次只传送大量数据、对可靠性要求不高的应用环境。
tcp协议和udp协议的差别：

                         TCP                          UDP        

是否连接          面向连接                 面向非连接
传输可靠性       可靠                       不可靠        
应用场合         传输少量数据         大量数据     
速度                   慢                            快            

小结：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
也正由于上面的特点，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。
所以采用TCP传输协议的MSN比采用UDP的QQ传输文件慢，
但并不能说QQ的通信是不安全的，因为程序员可以手动对UDP的数据收发进行验证，
比如发送方对每个数据包进行编号然后由接收方进行验证啊什么的，
即使是这样，UDP因为在底层协议的封装上没有采用类似TCP的“三次握手”而实现了TCP所无法达到的传输效率。

4、socket中TCP的三次握手建立连接详解

       我们知道tcp建立连接要进行“三次握手”，即交换三个分组。大致流程如下：
    •    客户端向服务器发送一个SYN J
    •    服务器向客户端响应一个SYN K，并对SYN J进行确认ACK J+1
    •    客户端再想服务器发一个确认ACK K+1
只有就完了三次握手，但是这个三次握手发生在socket的那几个函数中呢？请看下图：

图1、socket中发送的TCP三次握手

从图中可以看出，当客户端调用connect时，触发了连接请求，向服务器发送了SYN J包，这时connect进入阻塞状态；服务器监听到连接请求，即收到SYN J包，调用accept函数接收请求向客户端发送SYN K ，ACK J+1，这时accept进入阻塞状态；客户端收到服务器的SYN K ，ACK J+1之后，这时connect返回，并对SYN K进行确认；服务器收到ACK K+1时，accept返回，至此三次握手完毕，连接建立。（ J 、K  是确认序号）。

总结：客户端的connect在三次握手的第二个次返回，而服务器端的accept在三次握手的第三次返回。

socket中TCP的四次握手释放连接详解
       上面介绍了socket中TCP的三次握手建立过程，及其涉及的socket函数。现在我们介绍socket中的四次握手释放连接的过程，请看下图：

图2、socket中发送的TCP四次握手
图示过程如下：
    •    某个应用进程首先调用close主动关闭连接，这时TCP发送一个FIN M；
    •    另一端接收到FIN M之后，执行被动关闭，对这个FIN进行确认。它的接收也作为文件结束符传递给应用进程，因为FIN的接收意味着应用进程在相应的连接上再也接收不到额外数据；
    •    一段时间之后，接收到文件结束符的应用进程调用close关闭它的socket。这导致它的TCP也发送一个FIN N；
    •    接收到这个FIN的源发送端TCP对它进行确认。
这样每个方向上都有一个FIN和ACK。

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