套接字

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协议交互提供了称为套接字(Socket)的接口。


常用的TCP/IP协议的3种套接字类型如下所示。


流套接字(SOCK_STREAM):
流套接字用于提供面向连接、可靠的数据传输服务。该服务将保证数据能够实现无差错、无重复发送,并按顺序接收。流套接字之所以能够实现可靠的数据服务,原因在于其使用了传输控制协议,即TCP(The Transmission Control Protocol)协议。

流式套接字提供没有记录边界的数据流:可以是双向的字节流(应用程序是全双工:可以通过套接字同时传输和接收)。可依赖流传递有序的、不重复的数据。(“有序”指数据包按发送顺序送达。“不重复”指一个特定的数据包只能获取一次。)这能确保收到流消息,而流非常适合处理大量数据。


数据包套接字(SOCK_DGRAM):

数据包套接字提供了一种无连接的服务。该服务并不能保证数据传输的可靠性,数据有可能在传输过程中丢失或出现数据重复,且无法保证顺序地接收到数据。数据包套接字使用UDP(User Datagram Protocol)协议进行数据的传输。由于数据包套接字不能保证数据传输的可靠性,对于有可能出现的数据丢失情况,需要在程序中做相应的处理。


原始套接字(SOCK_RAW):

原始套接字与标准套接字(标准套接字指的是前面介绍的流套接字和数据包套接字)的区别在于:原始套接字可以读写内核没有处理的IP数据包,而流套接字只能读取TCP协议的数据,数据包套接字只能读取UDP协议的数据。因此,如果要访问其他协议发送数据必须使用原始套接字。


套接字,是支持TCP/IP的网络通信的基本操作单元,可以看做是不同主机之间的进程进行双向通信的端点,简单的说就是通信的两方的一种约定,用套接字中的相关函数来完成通信过程。
区分不同应用程序进程间的网络通信和连接,主要有3个参数:通信的目的IP地址、使用的传输层协议(TCP或UDP)和使用的端口号。通过将这3个参数结合起来,与一个“插座”Socket绑定,应用层就可以和传输层通过套接字接口,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可以看成在两个程序进行通讯连接中的一个端点,是连接应用程序和网络驱动程序的桥梁,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中提取接收到得数据,网络应用程序就是这样通过Socket进行数据的发送与接收的。


Host A上的程序A将一段信息写入Socket中,Socket的内容被Host A的网络管理软件访问,并将这段信息通过Host A的网络接口卡发送到Host B,Host B的网络接口卡接收到这段信息后,传送给Host B的网络管理软件,网络管理软件将这段信息保存在Host B的Socket中,然后程序B才能在Socket中阅读这段信息。
假设在网络中添加第三个主机Host C,那么Host A怎么知道信息被正确传送到Host B而不是被传送到Host C中了呢?

基于TCP/IP网络中的每一个主机均被赋予了一个唯一的IP地址,IP地址是一个32位的无符号整数,由于没有转变成二进制,因此通常以小数点分隔,如:198.163.227.6,正如所见IP地址均由四个部分组成,每个部分的范围都是0-255,以表示8位地址。
值得注意的是IP地址都是32位地址,这是IP协议版本4(简称Ipv4)规定的,目前由于IPv4地址已近耗尽,所以IPv6地址正逐渐代替Ipv4地址,Ipv6地址则是128位无符号整数。
假设第二个程序被加入网络的Host B中,那么由Host A传来的信息如何能被正确的传给程序B而不是传给新加入的程序呢?这是因为每一个基于TCP/IP网络通讯的程序都被赋予了唯一的端口和端口号,端口是一个信息缓冲区,用于保留Socket中的输入/输出信息,端口号是一个16位无符号整数,范围是0-65535,以区别主机上的每一个程序(端口号就像房屋中的房间号),低于256的端口号保留给标准应用程序,每一个套接字都组合进了IP地址、端口、端口号,这样形成的整体就可以区别每一个套接字。

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