socket套接字原理学习

转自：

https://blog.csdn.net/pashanhu6402/article/details/96428887

https://blog.csdn.net/noricky/article/details/82626188

http://www.360doc.com/content/20/0218/14/99071_892916049.shtml

1.网络进程中的通信

 同一主机上，不同进程可用进程号（process ID）唯一标识，通过管道、命名管道、消息队列、共享内存、信号量等方式进行通信，那么网络中的不同主机如何通信？

 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。

2.socket所在层次

 负责在用户进程和TCP运输层之间通信，相当于封装了TCP/UDP为库函数，用户直接调用就可以。

即它是一组接口。在设计模式中，Socket其实就是一个门面模式，它把复杂的TCP/IP协议族隐藏在Socket接口后面。

3.套接字描述符

• 套接字描述符也就是一个文件描述符，就是一个整数；我们最熟悉的句柄是0、1、2三个，0是标准输入，1是标准输出，2是标准错误输出。0、1、2是整数表示的，对应的FILE *结构的表示就是stdin、stdout、stderr。
• 当应用程序要为因特网通信而创建一个套接字（socket）时，操作系统就返回一个小整数作为描述符（descriptor）来标识这个套接字。
• 然后，应用程序以该描述符作为传递参数，通过调用函数来完成某种操作（例如通过网络传送数据或接收输入的数据）。

在许多操作系统中，套接字描述符和其他I/O描述符是集成在一起的，所以应用程序可以对文件进行套接字I/O或I/O读/写操作：

 每个进程PCB中都保存指向文件描述符的指针，文件描述符中存储着进程打开的文件，每个文件描述符都和一个文件绑定，可以通过函数进行IO操作。

• 精确地讲，系统为每个运行的进程维护一张单独的文件描述符表。
• 当进程打开一个文件时，系统把一个指向此文件内部数据结构的指针写入文件描述符表，并把该表的索引值返回给调用者 。
• 应用程序只需记住这个描述符，并在以后操作该文件时使用它。
• 操作系统把该描述符作为索引访问进程描述符表，通过指针找到保存该文件所有的信息的数据结构。

套接字数据结构：

 套接字API里有个函数socket，它就是用来创建一个套接字。

文件指针是个结构体类型，其中包含文件描述符，文件描述符作为索引，可以在文件描述符表中找到指向文件的指针。

4.socket通信过程

socket():

通常服务器在启动的时候都会绑定一个众所周知的地址（如ip地址+端口号），用于提供服务，客户就可以通过它来接连服务器，客户端通过这个端口填入connect()函数形参；

而客户端就不用指定，有系统自动分配一个端口号和自身的ip地址组合。这就是为什么通常服务器端在listen之前会调用bind()，而客户端就不会调用，而是在connect()时由系统随机生成一个。

通过Socket建立通信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。Socket原意是 “插座”，两个Socket端点的连接，就像连接一个插座获取服务一样。

accept():

accept默认会阻塞进程，直到有一个客户连接建立后返回，它返回的是一个新可用的套接字，这个套接字是连接套接字。

此时我们需要区分两种套接字，

•  监听套接字: 监听套接字正如accept的参数sockfd，它是监听套接字，在调用listen函数之后，是服务器开始调用socket()函数生成的，称为监听socket描述字(监听套接字)
•  连接套接字：一个套接字会从主动连接的套接字变身为一个监听套接字；而accept函数返回的是已连接socket描述字(一个连接套接字)，它代表着一个网络已经存在的点点连接。

两种不同的socket，分工不同。

连接套接字socketfd_new 并没有占用新的端口与客户端通信，依然使用的是与监听套接字socketfd一样的端口号。

可以通过Read()/write()等函数从连接套接字中读写数据。那么socket是如何实现数据在两个主机之间发送的呢？

 

Linux内核组成图

由上述两张图片可以看出，read/write()等函数也是封装了更底层的协议驱动程序，当写入socket文件时，在某个时机通过在TCP/IP协议驱动程序封装，再在以太网卡驱动程序中封装为以太网帧，然后通过硬件网线或者无线网络电磁波发送，具体的数据传输肯定都是以比特流在物理层传输的，socket只是负责上层的工作，具体的传输是交给其他层去完成，我们只负责调用函数就行了。

///具体：

Socket在应用程序中创建，通过绑定与网络驱动建立关系。此后，应用程序送给Socket的数据，由Socket交给网络驱动程序向网络上发送出去。计算机从网络上收到与该Socket绑定IP地址和端口号相关的数据后，由网络驱动程序交给Socket，应用程序便可从该Socket中提取接收到的数据，网络应用程序就是这样通过Socket进行数据的发送与接收的。

通过图片对文字的可视化，黄色表示网络驱动，通过网卡发送与接收数据。
作者：水止云起
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来源：简书
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那么什么时候文件描述符是可读的、可写的？

（可读，已经通过以太网接收到了数据，上层应用程序读；可写，上层应用程序想发送数据给另一方，socket文件描述符是否能写？写好了就通过以太网传给对方。）

 

通过上面可以发现，socket有内核接收缓冲区、发送缓冲区，并不都是直接写到文件里的。那么有个疑问，接收缓冲区的内容有没有写入过socket中？

见下一篇博客。