Socket协议的形象描述[2008-2-25]

 

Socket 协议的形象描述 [2008-2-25]
    socket 的英文原义是 “ 孔 ” 或 “ 插座 ” 。在这里作为 4BDS UNIX 的进程通信机制，取后一种意义。 socket 非常类似于电话插座。以一个国家级电话网为例。电话的通话双方相当于相互通信的 2 个进程，区号是它的网络地址；区内一个单位的交换机相当于一台主机，主机分配给每个用户的局内号码相当于 socket 号。任何用户在通话之前，首先要占有一部电话机，相当于申请一个 socket ；同时要知道对方的号码，相当于对方有一个固定的 socket 。然后向对方拨号呼叫，相当于发出连接请求 ( 假如对方不在同一区内，还要拨对方区号，相当于给出网络地址 ) 。对方假如在场并空闲 ( 相当于通信的另一主机开机且可以接受连接请求 ) ，拿起电话话筒，双方就可以正式通话，相当于连接成功。双方通话的过程，是一方向电话机发出信号和对方从电话机接收信号的过程，相当于向 socket 发送数据和从 socket 接收数据。通话结束后，一方挂起电话机相当于关闭 socket ，撤消连接。
    在电话系统中，一般用户只能感受到本地电话机和对方电话号码的存在，建立通话的过程，话音传输的过程以及整个电话系统的技术细节对他都是透明的，这也与 socket 机制非常相似。 socket 利用网间网通信设施实现进程通信，但它对通信设施的细节毫不关心，只要通信设施能提供足够的通信能力，它就满足了。
    至此，我们对 socket 进行了直观的描述。抽象出来， socket 实质上提供了进程通信的端点。进程通信之前，双方首先必须各自创建一个端点，否则是没有办法建立联系并相互通信的。正如打电话之前，双方必须各自拥有一台电话机一样。在网间网内部，每一个 socket 用一个半相关描述 :
( 协议，本地地址，本地端口 )
       一个完整的 socket 有一个本地唯一的 socket 号，由操作系统分配。
    最重要的是， socket 是面向客户 / 服务器模型而设计的，针对客户和服务器程序提供不同的 socket 系统调用。客户随机申请一个 socket ( 相当于一个想打电话的人可以在任何一台入网电话上拨号呼叫 ) ，系统为之分配一个 socket 号；服务器拥有全局公认的 socket ，任何客户都可以向它发出连接请求和信息请求 ( 相当于一个被呼叫的电话拥有一个呼叫方知道的电话号码 ) 。
   socket 利用客户 / 服务器模式巧妙地解决了进程之间建立通信连接的问题。服务器 socket 半相关为全局所公认非常重要。读者不妨考虑一下，两个完全随机的用户进程之间如何建立通信？假如通信双方没有任何一方的 socket 固定，就好比打电话的双方彼此不知道对方的电话号码，要通话是不可能的。
   -----
Socket 接口是访问 Internet 使用得最广泛的方法。 如果你有一台刚配好 TCP/IP 协议的主机，其 IP 地址是 202.120.127.201 ， 此时在另一台主机或同一台主机上执行 ftp 202.120.127.201 ，显然无法建立连接。因 "202.120.127.201" 这台主机没有运行 FTP 服务软件。同样， 在另一台或同一台主机上运行浏览软件 如 Netscape ，输入 "http://202.120.127.201" ，也无法建立连接。现在，如果在这台主机上运行一个 FTP 服务软件（该软件将打开一个 Socket ， 并将其绑定到 21 端口），再在这台主机上运行一个 Web 服务软件（该软件将打开另一个 Socket ，并将其绑定到 80 端口）。这样，在另一台主机或同一台主机上执行 ftp 202.120.127.201 ， FTP 客户软件将通过 21 端口来呼叫主机上由 FTP 服务软件提供的 Socket ，与其建立连接并对话。而在 netscape 中输入 "http://202.120.127.201" 时，将通过 80 端口来呼叫主机上由 Web 服务软件提供的 Socket ，与其建 立连接并对话。
在 Internet 上有很多这样的主机，这些主机一般运行了多个服务软件，同时提供几种服务。每种服务都打开一个 Socket ，并绑定到一个端口上，不同的端口对应于不同的服务。 Socket 正如其英文原意那样，象一个多孔插座。一台主机犹如布满各种插座的房间，每个插座有一个编号，有的插座提供 220 伏交流电， 有的提供 110 伏交流电，有的则提供有线电视节目。 客户软件将插头插到不同编号的插座，就可以得到不同的服务。
      -----
     1. 什么是 socket 所谓 socket 通常也称作 " 套接字 " ，用于描述 IP 地址和端口，是一个通信链的句柄。应用程序通常通过 " 套接字 " 向网络发出请求或者应答网络请求。 以 J2SDK-1.3 为例， Socket 和 ServerSocket 类库位于 java.net 包中。 ServerSocket 用于服务器端， Socket 是建立网络连接时使用的。在连接成功时，应用程序两端都会产生一个 Socket 实例，操作这个实例，完成所需的会话。对于一个网络连接来说，套接字是平等的，并没有差别，不因为在服务器端或在客户端而产生不同级别。不管是 Socket 还是 ServerSocket 它们的工作都是通过 SocketImpl 类及其子类完成的。
       重要的 Socket API ： java.net.Socket 继承于 java.lang.Object ，有八个构造器，其方法并不多，下面介绍使用最频繁的三个方法，其它方法大家可以见 JDK-1.3 文档。
       Accept 方法用于产生 " 阻塞 " ，直到接受到一个连接，并且返回一个客户端的 Socket 对象实例。 " 阻塞 " 是一个术语，它使程序运行暂时 " 停留 " 在这个地方，直到一个会话产生，然后程序继续；通常 " 阻塞 " 是由循环产生的。
       getInputStream 方法获得网络连接输入，同时返回一个 IutputStream 对象实例。
       getOutputStream 方法连接的另一端将得到输入，同时返回一个 OutputStream 对象实例。 注意：其中 getInputStream 和 getOutputStream 方法均会产生一个 IOException ，它必须被捕获，因为它们返回的流对象，通常都会被另一个流对象使用。
       2. 如何开发一个 Server-Client 模型的程序 开发原理：
       服务器，使用 ServerSocket 监听指定的端口，端口可以随意指定（由于 1024 以下的端口通常属于保留端口，在一些操作系统中不可以随意使用，所以建议使用大于 1024 的端口），等待客户连接请求，客户连接后，会话产生；在完成会话后，关闭连接。
       客户端，使用 Socket 对网络上某一个服务器的某一个端口发出连接请求，一旦连接成功，打开会话；会话完成后，关闭 Socket 。客户端不需要指定打开的端口，通常临时的、动态的分配一个 1024 以上的端口。
      Socket 接口是 TCP/IP 网络的 API ， Socket 接口定义了许多函数或例程，程序员可以用它们来开发 TCP/IP 网络上的应用程序。要学 Internet 上的 TCP/IP 网络编程，必须理解 Socket 接口。 Socket 接口设计者最先是将接口放在 Unix 操作系统里面的。如果了解 Unix 系统的输入和输出的话，就很容易了解 Socket 了。网络的 Socket 数据传输是一种特殊的 I/O ， Socket 也是一种文件描述符。 Socket 也具有一个类似于打开文件的函数调用 Socket() ，该函数返回一个整型的 Socket 描述符，随后的连接建立、数据传输等操作都是通过该 Socket 实现的。
      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。 Socket 建立为了建立 Socket ，程序可以调用 Socket 函数，该函数返回一个类似于文件描述符的句柄。 socket 函数原型为： int socket(int domain, int type, int protocol);domain 指明所使用的协议族，通常为 PF_INET ，表示互联网协议族（ TCP/IP 协议族）； type 参数指定 socket 的类型： SOCK_STREAM 或 SOCK_DGRAM ， Socket 接口还定义了原始 Socket （ SOCK_RAW ），允许程序使用低层协议； protocol 通常赋值 "0" 。 Socket() 调用返回一个整型 socket 描述符，你可以在后面的调用使用它。 Socket 描述符是一个指向内部数据结构的指针，它指向描述符表入口。调用 Socket 函数时， socket 执行体将建立一个 Socket ，实际上 " 建立一个 Socket" 意味着为一个 Socket 数据结构分配存储空间。 Socket 执行体为你管理描述符表。两个网络程序之间的一个网络连接包括五种信息：通信协议、本地协议地址、本地主机端口、远端主机地址和远端协议端口。 Socket 数据结构中包含这五种信息。 socket 在测量软件中的使用也很广泛