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socket底层实现

时间:2022-10-23 22:09:53浏览次数:62  
标签:socket 实现 TCP 发送 接字 底层 连接 Socket 客户端

网络七层由下往上分别为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。 其中物理层、数据链路层和网络层通常被称作媒体层,是网络工程师所研究的对象; 传输层、会话层、表示层和应用层则被称作主机层,是用户所面向和关心的内容。http协议对应于应用层,是基于TCP连接的,主要解决如何包装数据;tcp/udp协议对应于传输层,主要解决数据如何在网络中传输;ip协议对应于网络层。 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。 网络七层模型

##一、TCP

TCP是面向连接的、传输可靠(保证数据正确性且保证数据顺序)、用于传输大量数据(流模式)、速度慢,建立连接需要开销较多(时间,系统资源)。TCP是一种流模式的协议,是面向连接的,也就是说,在连接持续的过程中收到的数据都是由同一台主机发出的(劫持什么的不考虑),因此,知道保证数据是有序的到达就行了,至于每次读取多少数据不关心。

####TCP三次握手

所谓三次握手(Three-way Handshake),是指建立一个TCP连接时,需要客户端和服务器总共发送3个包。三次握手的目的是连接服务器指定端口,建立TCP连接,并同步连接双方的序列号和确认号并交换TCP窗口大小信息。在socket编程中,客户端执行connect()时,将触发三次握手

####三次握手建立连接 image.png

SYN(synchronous)是同步标志;ACK (Acknowledgement)是确认标志,seq是序列号。第一次握手:客户端发送一个TCP的SYN标志位置1的包,指明客户打算连接的服务器的端口,以及初始序号X,保存在包头的序列号字段里。

第二次握手:服务器发回确认包(ACK)应答。即SYN标志位和ACK标志位均为1同时,将确认序号设置为客户的序列号加1以,即X+1。

第三次握手:客户端再次发送确认包(ACK) SYN标志位为0,ACK标志位为1。并且把服务器发来ACK的序号字段+1,放在确定字段中发送给对方.并且在数据段放写序列号的+1。

####TCP四次挥手

三次握手耳熟能详,四次挥手估计就不怎么明白了,所谓四次挥手(Four-Way Wavehand)即终止TCP连接,就是指断开一个TCP连接时,需要客户端和服务端总共发送4个包以确认连接的断开。 在socket编程中,这一过程由客户端或服务端任一方执行close来触发

四次挥手的流程: image.png

四次挥手关闭连接

由于TCP连接时全双工的,因此,每个方向都必须要单独进行关闭,这一原则是当一方完成数据发送任务后,发送一个FIN来终止这一方向的连接,收到一个FIN只是意味着这一方向上没有数据流动了,即不会再收到数据了,但是在这个TCP连接上仍然能够发送数据,直到这一方向也发送了FIN。首先进行关闭的一方将执行主动关闭,而另一方则执行被动关闭,上图描述的即是如此。

(1)第一次挥手:Client发送一个FIN,用来关闭Client到Server的数据传送,Client进入FIN_WAIT_1状态。

(2)第二次挥手:Server收到FIN后,发送一个ACK给Client,确认序号为收到序号+1(与SYN相同,一个FIN占用一个序号),Server进入CLOSE_WAIT状态。

(3)第三次挥手:Server发送一个FIN,用来关闭Server到Client的数据传送,Server进入LAST_ACK态。

(4)第四次挥手:Client收到FIN后,Client进入TIME_WAIT状态,接着发送一个ACK给Server,确认序号为收到序号+1,Server进入CLOSED状态,完成四次挥手。

上面是一方主动关闭,另一方被动关闭的情况,实际中还会出现同时发起主动关闭的情况,具体流程

同时挥手

注意

关于三次握手与四次挥手通常都会有典型的面试题,在此提出供有需求的XDJM们参考:

(1)三次握手是什么或者流程?四次握手呢?答案前面分析就是。

(2)为什么建立连接是三次握手,而关闭连接却是四次挥手呢?

当Server端收到Client端的SYN连接请求报文后,可以直接发送SYN+ACK报文。其中ACK报文是用来应答的,SYN报文是用来同步的。但是关闭连接时,当Server端收到FIN报文时,很可能并不会立即关闭SOCKET,所以只能先回复一个ACK报文,告诉Client端,”你发的FIN报文我收到了”。只有等到我Server端所有的报文都发送完了,我才能发送FIN报文,因此不能一起发送。故需要四步握手。

##二、UDP

UDP是面向无连接、传输不可靠、用于传输少量数据(数据包模式)、速度快的传输层协议。注意,UDP传输的是数据报包,而TCP是流。

UDP是面向无连接的协议,只要知道接收端的IP和端口,且网络是可达的,任何主机都可以向接收端发送数据。这时候,如果一次能读取超过一个报文的数据,则会乱套。比如,主机A向发送了报文P1,主机B发送了报文P2,如果能够读取超过一个报文的数据,那么就会将P1和P2的数据合并在了一起,这样的数据是没有意义的。

##三、什么是Socket?

Socket又称之为“套接字”,是系统提供的用于网络通信的方法。它的实质并不是一种协议,没有规定计算机应当怎么样传递消息,只是给程序员提供了一个发送消息的接口,程序员使用这个接口提供的方法,发送与接收消息。

Socket描述了一个IP、端口对。它简化了程序员的操作,知道对方的IP以及PORT就可以给对方发送消息,再由服务器端来处理发送的这些消息。所以,Socket一定包含了通信的双方,即客户端(Client)与服务端(server)。

####Socket的通信过程

每一个应用或者说服务都有一个端口。比如DNS的端口号53,http的端口号80都是对应一个应用或者服务的端口。我们能由DNS请求到查询信息,是因为DNS服务器时时刻刻都在监听53端口,当收到我们的查询请求以后,就能够返回我们想要的IP信息。所以,从程序设计上来讲,应该包含以下步骤:

(1)服务端利用Socket监听端口;

(2)客户端发起连接;

(3)服务端返回信息,建立连接,开始通信;

(4)客户端,服务端断开连接。

####Socket原理

Socket是通讯的根本,是支持TCP/IP协议的网络通信的基本操作单元。它是网络通信过程中端点的抽象表示,包含进行网络通信必须的五种信息:连接使用的协议,本地主机地址的IP地址,本地进程的协议端口,远地主机的IP地址,远地进程的协议端口。

应用层通过传输层进行数据通信时,TCP会遇到同时为多个应用程序进程提供并发服务的问题。多个TCP连接或多个应用程序进程可能需要通过同一个TCP协议端口传输数据。为了区别不同的应用程序和连接,许多计算机操作系统为应用程序与TCP/IP协议交互提供了Socket接口。应用层可以和传输层通过Socket接口,区分来自不同应用程序进程或网络连接的通信,实现数据传输的并发服务。

####Socket连接

建立Socket连接至少需要一对套接字,其中一个运行于客户端,称为ClientSocket,另一个运行于服务器端,称为ServerSocket。

套接字之间的连接过程分为三个步骤:

(1)服务器监听:服务器端套接字并不定位具体的客户端套接字,而是处于等待连接的状态,实时监控网络状态,等待客户端的连接请求

(2)客户端请求:指客户端的套接字提出连接请求,要连接的目标是服务器端的套接字。为此,客户端的套接字必须首先描述它要连接的服务器的套接字,指出服务器端套接字的地址和端口号,然后就向服务器端套接字提出连接请求

(3)连接确认:当服务器端套接字监听到或者说接收到客户端套接字的连接请求时,就响应客户端套接字的请求,建立一个新的线程,把服务器端套接字的描述发给客户端,一旦客户端确认了此描述,双方就正式建立连接。而服务器端套接字继续处于监听状态,继续接收其他客户端套接字的连接请求

####Socket-TCP

Socket传输的是字节流,AsyncSocke封装的库以NSData的形式传输。 image.png

####Socket-UDP image.png

标签:socket,实现,TCP,发送,接字,底层,连接,Socket,客户端
From: https://blog.51cto.com/u_15522232/5787591

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