我們要討論的是網(wǎng)絡(luò)中進程之間如何通信？
首要解決的問題是如何唯一標識一個進程，否則通信無從談起！
在本地可以通過進程PID來唯一標識一個進程
在網(wǎng)絡(luò)中網(wǎng)絡(luò)層的“ip地址”可以唯一標識網(wǎng)絡(luò)中的主機，而傳輸層的“協(xié)議+端口”可以唯一標識主機中的應(yīng)用程序（進程),這樣利用三元組（ip地址，協(xié)議，端口）就可以標識網(wǎng)絡(luò)的進程了，網(wǎng)絡(luò)中的進程通信就可以利用這個標志與其它進程進行交互。
使用TCP/IP協(xié)議的應(yīng)用程序通常采用應(yīng)用編程接口：套接字(socket)來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)進程之間的通信,所有的應(yīng)用程序都是采用socket
2、什么是Socket？
1.英文原義是“孔”或“插座”通常也稱作"套接字"，用于描述IP地址和端口，可以用來實現(xiàn)不同虛擬機或不同計算機之間的通信
2.Internet上的主機一般運行了多個服務(wù)軟件，同時提供幾種服務(wù)。每種服務(wù)都打開一個Socket，并綁定到一個端口上，不同的端口對應(yīng)于不同的服務(wù)
3、socket的基本操作是“open—write/read—close”模式,socket提供了這些操作對應(yīng)的函數(shù)接口。
下面以TCP為例，介紹幾個基本的socket接口函數(shù)
1、int socket(int domain, int type, int protocol)
用于創(chuàng)建一個socket描述符,它唯一標識一個socket,后續(xù)的操作都有用到它
指定不同的參數(shù)創(chuàng)建不同的socket描述符，socket函數(shù)的三個參數(shù)分別為：
domain：即協(xié)議域，又稱為協(xié)議族（family）
常用的協(xié)議族有，AF_INET、AF_INET6、AF_LOCAL（或稱AF_UNIX，Unix域socket）、AF_ROUTE等等。
協(xié)議族決定了socket的地址類型，在通信中必須采用對應(yīng)的地址，如AF_INET決定了要用ipv4地址（32位的）與端口號（16位的）的組合、AF_UNIX決定了要用一個絕對路徑名作為地址。
type：指定socket類型
常用的socket類型有，SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW、SOCK_PACKET、SOCK_SEQPACKET等等
protocol：故名思意，就是指定協(xié)議
常用的協(xié)議有，IPPROTO_TCP、IPPTOTO_UDP、IPPROTO_SCTP、IPPROTO_TIPC等，它們分別對應(yīng)TCP傳輸協(xié)議、UDP傳輸協(xié)議、STCP傳輸協(xié)議、TIPC傳輸協(xié)議（這個協(xié)議我將會單獨開篇討論！）。
注意：
并不是上面的type和protocol可以隨意組合的
如SOCK_STREAM不可以跟IPPROTO_UDP組合。當(dāng)protocol為0時，會自動選擇type類型對應(yīng)的默認協(xié)議。
當(dāng)我們調(diào)用socket創(chuàng)建一個socket時，返回的socket描述字它存在于協(xié)議族中，但沒有一個具體的地址。如果想要給它賦值一個地址，就必須調(diào)用bind()函數(shù)
否則就當(dāng)調(diào)用connect()、listen()時系統(tǒng)會自動隨機分配一個端口
2. int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
bind()函數(shù)正如上面所說bind()函數(shù)把一個地址族中的特定地址賦給socket,也就是給描述字綁定一個名字
例如對應(yīng)AF_INET、AF_INET6就是把一個ipv4或ipv6地址和端口號組合賦給socket。
函數(shù)的三個參數(shù)分別為：
sockfd：即socket描述字，它是通過socket()函數(shù)創(chuàng)建了，唯一標識一個socket
addr：一個const struct sockaddr *指針，指向要綁定給sockfd的協(xié)議地址。這個地址結(jié)構(gòu)根據(jù)地址創(chuàng)建socket時的地址協(xié)議族的不同而不同，
如ipv4對應(yīng)的是：
struct sockaddr_in {
sa_family_t? ? sin_family; /* address family: AF_INET */
in_port_t? ? ? sin_port;? /* port in network byte order */
struct in_addr sin_addr;? /* internet address */
};
/* Internet address. */
struct in_addr {
uint32_t? ? ? s_addr;? ? /* address in network byte order */
};
ipv6對應(yīng)的是：
struct sockaddr_in6 {
sa_family_t? ? sin6_family;? /* AF_INET6 */
in_port_t? ? ? sin6_port;? ? /* port number */
uint32_t? ? ? ? sin6_flowinfo; /* IPv6 flow information */
struct in6_addr sin6_addr;? ? /* IPv6 address */
uint32_t? ? ? ? sin6_scope_id; /* Scope ID (new in 2.4) */
};
struct in6_addr {
unsigned char? s6_addr[16];? /* IPv6 address */
};
Unix域?qū)?yīng)的是：
struct sockaddr_un {
sa_family_t sun_family;? ? ? ? ? ? ? /* AF_UNIX */
char? ? ? ? sun_path[UNIX_PATH_MAX];? /* pathname */
};
addrlen：對應(yīng)的是地址的長度。
通常服務(wù)器在啟動的時候都會綁定一個眾所周知的地址（如ip地址+端口號），用于提供服務(wù)，客戶就可以通過它來接連服務(wù)器；
而客戶端就不用指定，有系統(tǒng)自動分配一個端口號和自身的ip地址組合。這就是為什么通常服務(wù)器端在listen之前會調(diào)用bind()，而客戶端就不會調(diào)用，而是在connect()時由系統(tǒng)隨機生成一個。
在將一個地址綁定到socket的時候，請先將主機字節(jié)序轉(zhuǎn)換成為網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序,請謹記對主機字節(jié)序轉(zhuǎn)化為網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序再賦給socket。
服務(wù)器在調(diào)用socket()、bind()之后就會調(diào)用listen()來監(jiān)聽這個socket，如果客戶端這時調(diào)用connect()發(fā)出連接請求，服務(wù)器端就會接收到這個請求。
3.int listen(int sockfd, int backlog);
socket()函數(shù)創(chuàng)建的socket默認是一個主動類型的，listen函數(shù)將socket變?yōu)楸粍宇愋偷模却蛻舻倪B接請求
listen函數(shù)的第一個參數(shù)即為要監(jiān)聽的socket描述字，
第二個參數(shù)為相應(yīng)socket可以排隊的最大連接個數(shù)。
4.int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
connect函數(shù)的第一個參數(shù)即為客戶端的socket描述字，
第二參數(shù)為服務(wù)器的socket地址，
第三個參數(shù)為socket地址的長度。
客戶端 依次調(diào)用socket()、connect()之后就向 服務(wù)器? 發(fā)送了一個連接請求
服務(wù)器監(jiān)聽到這個請求之后，就會調(diào)用accept()函數(shù)取接收請求，這樣連接就建立好了
之后就可以開始網(wǎng)絡(luò)I/O操作了，即類同于普通文件的讀寫I/O操作。
5.int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen)
accept()函數(shù) 服務(wù)器端? 依次調(diào)用socket()、bind()、listen()之后，就會監(jiān)聽指定的socket地址了
第一個參數(shù)為服務(wù)器的socket描述字，
第二個參數(shù)為指向struct sockaddr *的指針，用于返回客戶端的協(xié)議地址，
第三個參數(shù)為協(xié)議地址的長度。
如果accpet成功，那么其返回值是由內(nèi)核自動生成的一個全新的描述字，代表與返回客戶的TCP連接。
注意：
accept的第一個參數(shù)為服務(wù)器的socket描述字，是服務(wù)器開始調(diào)用socket()函數(shù)生成的，稱為監(jiān)聽socket描述字；而accept函數(shù)返回的是已連接的socket描述字。一個服務(wù)器通常通常僅僅只創(chuàng)建一個監(jiān)聽socket描述字，它在該服務(wù)器的生命周期內(nèi)一直存在。內(nèi)核為每個由服務(wù)器進程接受的客戶連接創(chuàng)建了一個已連接socket描述字，當(dāng)服務(wù)器完成了對某個客戶的服務(wù)，相應(yīng)的已連接socket描述字就被關(guān)閉。
read()、write()服務(wù)器與客戶已經(jīng)建立好連接了,可以調(diào)用網(wǎng)絡(luò)I/O進行讀寫操作了，即實現(xiàn)了網(wǎng)咯中不同進程之間的通信！
網(wǎng)絡(luò)I/O操作有下面幾組：
read()/write()
write()recv()/
send()readv()/
writev()recvmsg()/
sendmsg()recvfrom()/
sendto()我推薦使用recvmsg()/sendmsg()函數(shù)，這兩個函數(shù)是最通用的I/O函數(shù)，實際上可以把上面的其它函數(shù)都替換成這兩個函數(shù)。
read函數(shù)
從fd中讀取內(nèi)容.當(dāng)讀成功時，read返回實際所讀的字節(jié)數(shù)，如果返回的值是0表示已經(jīng)讀到文件的結(jié)束了，小于0表示出現(xiàn)了錯誤。如果錯誤為EINTR說明讀是由中斷引起的，如果是ECONNREST表示網(wǎng)絡(luò)連接出了問題。
write函數(shù)
將buf中的nbytes字節(jié)內(nèi)容寫入文件描述符fd.成功時返回寫的字節(jié)數(shù)。失敗時返回-1，并設(shè)置errno變量。 在網(wǎng)絡(luò)程序中，當(dāng)我們向套接字文件描述符寫時有倆種可能。1)write的返回值大于0，表示寫了部分或者是全部的數(shù)據(jù)。2)返回的值小于0，此時出現(xiàn)了錯誤。我們要根據(jù)錯誤類型來處理。如果錯誤為EINTR表示在寫的時候出現(xiàn)了中斷錯誤。如果為EPIPE表示網(wǎng)絡(luò)連接出現(xiàn)了問題(對方已經(jīng)關(guān)閉了連接)。
close()函數(shù)
int close(int fd);
在服務(wù)器與客戶端建立連接之后，會進行一些讀寫操作，完成了讀寫操作就要關(guān)閉相應(yīng)的socket描述字，好比操作完打開的文件要調(diào)用fclose關(guān)閉打開的文件
close一個TCP socket的缺省行為時把該socket標記為以關(guān)閉，然后立即返回到調(diào)用進程。該描述字不能再由調(diào)用進程使用，也就是說不能再作為read或write的第一個參數(shù)。
注意：
close操作只是使相應(yīng)socket描述字的引用計數(shù)-1，只有當(dāng)引用計數(shù)為0的時候，才會觸發(fā)TCP客戶端向服務(wù)器發(fā)送終止連接請求。
socket中TCP的三次握手
我們知道tcp建立連接要進行“三次握手”，即交換三個分組。大致流程如下：
客戶端向服務(wù)器發(fā)送一個SYN J
服務(wù)器向客戶端響應(yīng)一個SYN K，并對SYN J進行確認ACK J+1
客戶端再想服務(wù)器發(fā)一個確認ACK K+1
只有就完了三次握手，但是這個三次握手發(fā)生在socket的那幾個函數(shù)中呢？請看下圖：
從圖中可以看出，當(dāng)客戶端調(diào)用connect時，觸發(fā)了連接請求，向服務(wù)器發(fā)送了SYN J包，這時connect進入阻塞狀態(tài)；服務(wù)器監(jiān)聽到連接請求，即收到SYN J包，調(diào)用accept函數(shù)接收請求向客戶端發(fā)送SYN K ，ACK J+1，這時accept進入阻塞狀態(tài)；客戶端收到服務(wù)器的SYN K ，ACK J+1之后，這時connect返回，并對SYN K進行確認；服務(wù)器收到ACK K+1時，accept返回，至此三次握手完畢，連接建立。
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