TCP/IP与Socket详解-优快云博客

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网络由下往上分为:

物理层--

数据链路层--

网络层-- IP协议

传输层-- TCP协议

会话层--

表示层和应用层-- HTTP协议

1、TCP/IP连接

手机能够使用联网功能是因为手机底层实现了TCP/IP协议，可以使手机终端通过无线网络建立TCP连接。TCP协议可以对上层网络提供接口，使上层网络数据的传输建立在“无差别”的网络之上。

建立起一个TCP连接需要经过“三次握手”：

第一次握手：客户端发送syn包(syn=j)到服务器，并进入SYN_SEND状态，等待服务器确认；

第二次握手：服务器收到syn包，必须确认客户的SYN（ack=j+1），同时自己也发送一个SYN包（syn=k），即SYN+ACK包，此时服务器进入SYN_RECV状态；

第三次握手：客户端收到服务器的SYN＋ACK包，向服务器发送确认包ACK(ack=k+1)，此包发送完毕，客户端和服务器进入ESTABLISHED状态，完成三次握手。

握手过程中传送的包里不包含数据，三次握手完毕后，客户端与服务器才正式开始传送数据。理想状态下，TCP连接一旦建立，在通信双方中的任何一方主动关闭连接之前，TCP 连接都将被一直保持下去。断开连接时服务器和客户端均可以主动发起断开TCP连接的请求，断开过程需要经过“四次握手”（过程就不细写了，就是服务器和客户端交互，最终确定断开）.

2、HTTP连接

HTTP协议即超文本传送协议(Hypertext Transfer Protocol )，是Web联网的基础，也是手机联网常用的协议之一，HTTP协议是建立在TCP协议之上的一种应用。

HTTP连接最显著的特点是客户端发送的每次请求都需要服务器回送响应，在请求结束后，会主动释放连接。从建立连接到关闭连接的过程称为“一次连接”。

1）在HTTP 1.0中，客户端的每次请求都要求建立一次单独的连接，在处理完本次请求后，就自动释放连接。

2）在HTTP 1.1中则可以在一次连接中处理多个请求，并且多个请求可以重叠进行，不需要等待一个请求结束后再发送下一个请求。

由于HTTP在每次请求结束后都会主动释放连接，因此HTTP连接是一种“短连接”，要保持客户端程序的在线状态，需要不断地向服务器发起连接请求。通常的做法是即时不需要获得任何数据，客户端也保持每隔一段固定的时间向服务器发送一次“保持连接”的请求，服务器在收到该请求后对客户端进行回复，表明知道客户端“在线”。若服务器长时间无法收到客户端的请求，则认为客户端“下线”，若客户端长时间无法收到服务器的回复，则认为网络已经断开。

3、SOCKET原理

3.1套接字（socket）概念

套接字（socket）是通信的基石，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进程和连接，许多计算机操作系统为应用程序与TCP／IP协议交互提供了套接字(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。

3.2 建立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：服务器监听，客户端请求，连接确认。

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。

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。

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。

4、SOCKET连接与TCP/IP连接

创建Socket连接时，可以指定使用的传输层协议，Socket可以支持不同的传输层协议（TCP或UDP），当使用TCP协议进行连接时，该Socket连接就是一个TCP连接。

socket则是对TCP/IP协议的封装和应用（程序员层面上）。也可以说，TPC/IP协议是传输层协议，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。关于TCP/IP和HTTP协议的关系，网络有一段比较容易理解的介绍：

“我们在传输数据时，可以只使用（传输层）TCP/IP协议，但是那样的话，如果没有应用层，便无法识别数据内容，如果想要使传输的数据有意义，则必须使用到应用层协议，应用层协议有很多，比如HTTP、FTP、TELNET等，也可以自己定义应用层协议。WEB使用HTTP协议作应用层协议，以封装HTTP文本信息，然后使用TCP/IP做传输层协议将它发到网络上。”

我们平时说的最多的socket是什么呢，实际上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。实际上，Socket跟TCP/IP协议没有必然的联系。Socket编程接口在设计的时候，就希望也能适应其他的网络协议。所以说，Socket的出现只是使得程序员更方便地使用TCP/IP协议栈而已，是对TCP/IP协议的抽象，从而形成了我们知道的一些最基本的函数接口，比如create、 listen、connect、accept、send、read和write等等。网络有一段关于socket和TCP/IP协议关系的说法比较容易理解：

“TCP/IP只是一个协议栈，就像操作系统的运行机制一样，必须要具体实现，同时还要提供对外的操作接口。这个就像操作系统会提供标准的编程接口，比如win32编程接口一样，TCP/IP也要提供可供程序员做网络开发所用的接口，这就是Socket编程接口。”

实际上，传输层的TCP是基于网络层的IP协议的，而应用层的HTTP协议又是基于传输层的TCP协议的，而Socket本身不算是协议，就像上面所说，它只是提供了一个针对TCP或者UDP编程的接口。socket是对端口通信开发的工具,它要更底层一些.

常用的Socket类型有两种：流式Socket（SOCK_STREAM）和数据报式Socket（SOCK_DGRAM）。流式是一种面向连接的Socket，针对于面向连接的TCP服务应用；数据报式Socket是一种无连接的Socket，对应于无连接的UDP服务应用。

1、socket调用库函数主要有：

创建套接字

1	`Socket(af,type,protocol)`

建立地址和套接字的联系

1	`bind(sockid, local addr, addrlen)`

服务器端侦听客户端的请求

1	`listen( Sockid ,quenlen)`

建立服务器/客户端的连接 (面向连接TCP）

客户端请求连接

1	`Connect(sockid, destaddr, addrlen)`

服务器端等待从编号为Sockid的Socket上接收客户连接请求

1	`newsockid=accept(Sockid，Clientaddr, paddrlen)`

发送/接收数据

面向连接：

1 2	`send(sockid, buff, bufflen)` `recv( )`

面向无连接：

1 2	`sendto(sockid,buff,…,addrlen)` `recvfrom( )`

释放套接字

1	`close(sockid)`

tcpsocket的具体实现

服务器的工作流程：首先调用socket函数创建一个Socket，然后调用bind函数将其与本机地址以及一个本地端口号绑定，然后调用 listen在相应的socket上监听，当accpet接收到一个连接服务请求时，将生成一个新的socket。服务器显示该客户机的IP地址，并通过新的socket向客户端发送字符串" hi,I am server!"。最后关闭该socket。

#import <Foundation/Foundation.h>

#include <sys/socket.h>

#include <netinet/in.h>

#include <arpa/inet.h>

int main(int argc, const char * argv[])

{

@autoreleasepool {

// 1

int err;

int fd=socket(AF_INET, SOCK_STREAM , 0);

BOOL success=(fd!=-1);

// 1

// 2

if (success) {

NSLog(@"socket success");

struct sockaddr_in addr;

memset(&addr, 0, sizeof(addr));

addr.sin_len=sizeof(addr);

addr.sin_family=AF_INET;

// =======================================================================

addr.sin_port=htons(1024);

// ============================================================================

addr.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY;

err=bind(fd, (const struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));

success=(err==0);

}

// 2

// ============================================================================

if (success) {

NSLog(@"bind(绑定) success");

err=listen(fd, 5);//开始监听

success=(err==0);

}

// ============================================================================

//3

if (success) {

NSLog(@"listen success");

while (true) {

struct sockaddr_in peeraddr;

int peerfd;

socklen_t addrLen;

addrLen=sizeof(peeraddr);

NSLog(@"prepare accept");

peerfd=accept(fd, (struct sockaddr *)&peeraddr, &addrLen);

success=(peerfd!=-1);

// ============================================================================

if (success) {

NSLog(@"accept success,remote address:%s,port:%d",inet_ntoa(peeraddr.sin_addr),ntohs(peeraddr.sin_port));

char buf[1024];

ssize_t count;

size_t len=sizeof(buf);

do {

count=recv(peerfd, buf, len, 0);

NSString* str = [NSString stringWithCString:buf encoding:NSUTF8StringEncoding];

NSLog(@"%@",str);

} while (strcmp(buf, "exit")!=0);

}

// ============================================================================

close(peerfd);

}

//3

}

return 0;

}

客户端的工作流程：首先调用socket函数创建一个Socket，然后调用bind函数将其与本机地址以及一个本地端口号绑定，请求连接服务器，通过新的socket向客户端发送字符串" hi,I am client!"。最后关闭该socket。

//

// main.m

// kewai_SocketClient

//

#import <Foundation/Foundation.h>

#include <sys/socket.h>

#include <netinet/in.h>

#import <arpa/inet.h>

int main(int argc, const char * argv[])

{

@autoreleasepool {

// 1

int err;

int fd=socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

BOOL success=(fd!=-1);

struct sockaddr_in addr;

// 1

// 2

if (success) {

NSLog(@"socket success");

memset(&addr, 0, sizeof(addr));

addr.sin_len=sizeof(addr);

addr.sin_family=AF_INET;

addr.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY;

err=bind(fd, (const struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));

success=(err==0);

}

// 2

//3

if (success) {

//============================================================================

struct sockaddr_in peeraddr;

memset(&peeraddr, 0, sizeof(peeraddr));

peeraddr.sin_len=sizeof(peeraddr);

peeraddr.sin_family=AF_INET;

peeraddr.sin_port=htons(1024);

// peeraddr.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY;

peeraddr.sin_addr.s_addr=inet_addr("172.16.10.120");

// 这个地址是服务器的地址，

socklen_t addrLen;

addrLen =sizeof(peeraddr);

NSLog(@"connecting");

err=connect(fd, (struct sockaddr *)&peeraddr, addrLen);

success=(err==0);

if (success) {

// struct sockaddr_in addr;

err =getsockname(fd, (struct sockaddr *)&addr, &addrLen);

success=(err==0);

//============================================================================

if (success) {

NSLog(@"connect success,local address:%s,port:%d",inet_ntoa(addr.sin_addr),ntohs(addr.sin_port));

char buf[1024];

do {

printf("input message:");

scanf("%s",buf);

send(fd, buf, 1024, 0);

} while (strcmp(buf, "exit")!=0);

}

else{

NSLog(@"connect failed");

}

// ============================================================================

//3

}

return 0;

socket网络协议

tcpsocket的具体实现