1、網(wǎng)絡中進程之間如何通信？
2、Socket是什么？
3、socket的基本操作
3.1、socket()函數(shù)
3.2、bind()函數(shù)
3.3、listen()、connect()函數(shù)
3.4、accept()函數(shù)
3.5、read()、write()函數(shù)等
3.6、close()函數(shù)
4、socket中TCP的三次握手建立連接詳解
5、socket中TCP的四次握手釋放連接詳解
6、一個例子（實踐一下）
7、留下一個問題，歡迎大家回帖回答?。?！
1、網(wǎng)絡中進程之間如何通信？
本地的進程間通信（IPC）有很多種方式，但可以總結為下面4類：消息傳遞（管道、FIFO、消息隊列）
同步（互斥量、條件變量、讀寫鎖、文件和寫記錄鎖、信號量） 共享內(nèi)存（匿名的和具名的） 遠程過程調(diào)用（Solaris門和Sun RPC）
但這些都不是本文的主題！我們要討論的是網(wǎng)絡中進程之間如何通信？
首要解決的問題是如何唯一標識一個進程，否則通信無從談起！在本地可以通過進程PID來唯一標識一個進程，但是在網(wǎng)絡中這是行不通的。其實TCP/IP協(xié)議族已經(jīng)幫我們解決了這個問題，網(wǎng)絡層的“ip地址 ”可以唯一標識網(wǎng)絡中的主機，而傳輸層的“協(xié)議+端口” 可以唯一標識主機中的應用程序（進程）。這樣利用三元組（ip地址，協(xié)議，端口）就可以標識網(wǎng)絡的進程了，網(wǎng)絡中的進程通信就可以利用這個標志與其它進程進行交互。
使用TCP/IP協(xié)議的應用程序通常采用應用編程接口：UNIX BSD的套接字（socket）和UNIX System V的TLI（已經(jīng)被淘汰），來實現(xiàn)網(wǎng)絡進程之間的通信。就目前而言，幾乎所有的應用程序都是采用socket，而現(xiàn)在又是網(wǎng)絡時代，網(wǎng)絡中進程通信是無處不在，這就是我為什么說“一切皆socket”。
2、什么是Socket？
上面我們已經(jīng)知道網(wǎng)絡中的進程是通過socket來通信的，那什么是socket呢？
socket起源于Unix，而Unix/Linux基本哲學之一就是“一切皆文件”，都可以用“打開open –> 讀寫write/read –> 關閉close”模式來操作。我的理解就是Socket就是該模式的一個實現(xiàn)，socket即是一種特殊的文件，一些socket函數(shù)就是對其進行的操作（讀/寫IO、打開、關閉），這些函數(shù)我們在后面進行介紹。
Socket是進程通訊的一種方式，即調(diào)用這個網(wǎng)絡庫的一些API函數(shù)實現(xiàn)分布在不同主機的相關進程之間的數(shù)據(jù)交換。
3、socket的基本操作
既然socket是“open—write/read—close”模式的一種實現(xiàn)，那么socket就提供了這些操作對應的函數(shù)接口。下面以TCP為例，介紹幾個基本的socket接口函數(shù)。
- 3.1、socket()函數(shù)
int socket(int domain, int type, int protocol);
socket函數(shù)對應于普通文件的打開操作。普通文件的打開操作返回一個文件描述字，而socket()用于創(chuàng)建一個socket描述符（socket descriptor），它唯一標識一個socket。
這個socket描述字跟文件描述字一樣，后續(xù)的操作都有用到它，把它作為參數(shù)，通過它來進行一些讀寫操作。
正如可以給fopen的傳入不同參數(shù)值，以打開不同的文件。創(chuàng)建socket的時候，也可以指定不同的參數(shù)創(chuàng)建不同的socket描述符，socket函數(shù)的三個參數(shù)分別為：
- domain：即協(xié)議域，又稱為協(xié)議族（family）。常用的協(xié)議族有，AF_INET、AF_INET6、AF_LOCAL（或稱AF_UNIX，Unix域socket）、AF_ROUTE等等。協(xié)議族決定了socket的地址類型，在通信中必須采用對應的地址，如AF_INET決定了要用ipv4地址（32位的）與端口號（16位的）的組合、AF_UNIX決定了要用一個絕對路徑名作為地址。
- type：指定socket類型。常用的socket類型有，SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW、SOCK_PACKET、SOCK_SEQPACKET等等（socket的類型有哪些？）。
- protocol：故名思意，就是指定協(xié)議。常用的協(xié)議有，IPPROTO_TCP、IPPTOTO_UDP、IPPROTO_SCTP、IPPROTO_TIPC等，它們分別對應TCP傳輸協(xié)議、UDP傳輸協(xié)議、STCP傳輸協(xié)議、TIPC傳輸協(xié)議（這個協(xié)議我將會單獨開篇討論?。?。
注意：并不是上面的type和protocol可以隨意組合的，如SOCK_STREAM不可以跟IPPROTO_UDP組合。當protocol為0時，會自動選擇type類型對應的默認協(xié)議。
當我們調(diào)用socket創(chuàng)建一個socket時，返回的socket描述字它存在于協(xié)議族（address family，AF_XXX）空間中，但沒有一個具體的地址。如果想要給它賦值一個地址，就必須調(diào)用bind()函數(shù)，否則就當調(diào)用connect()、listen()時系統(tǒng)會自動隨機分配一個端口。
- 3.2、bind()函數(shù)
正如上面所說bind()函數(shù)把一個地址族中的特定地址賦給socket。例如對應AF_INET、AF_INET6就是把一個ipv4或ipv6地址和端口號組合賦給socket。
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
函數(shù)的三個參數(shù)分別為：
sockfd：即socket描述字，它是通過socket()函數(shù)創(chuàng)建了，唯一標識一個socket。bind()函數(shù)就是將給這個描述字綁定一個名字。
addr：一個const struct sockaddr *指針，指向要綁定給sockfd的協(xié)議地址。這個地址結構根據(jù)地址創(chuàng)建socket時的地址協(xié)議族的不同而不同，如ipv4對應的是：
struct sockaddr_in {
sa_family_t sin_family; /* address family: AF_INET */
in_port_t sin_port; /* port in network byte order */
struct in_addr sin_addr; /* internet address */
};
/* Internet address. */
struct in_addr {
uint32_t s_addr; /* address in network byte order */
};
ipv6對應的是：
struct sockaddr_in6 {
sa_family_t sin6_family; /* AF_INET6 */
in_port_t sin6_port; /* port number */
uint32_t sin6_flowinfo; /* IPv6 flow information */
struct in6_addr sin6_addr; /* IPv6 address */
uint32_t sin6_scope_id; /* Scope ID (new in 2.4) */
};
struct in6_addr {
unsigned char s6_addr[16]; /* IPv6 address */
};
Unix域對應的是：
#define UNIX_PATH_MAX 108
struct sockaddr_un {
sa_family_t sun_family; /* AF_UNIX */
char sun_path[UNIX_PATH_MAX]; /* pathname */
};
addrlen：對應的是地址的長度。
通常服務器在啟動的時候都會綁定一個眾所周知的地址（如ip地址+端口號），用于提供服務，客戶就可以通過它來接連服務器；而客戶端就不用指定，有系統(tǒng)自動分配一個端口號和自身的ip地址組合。這就是為什么通常服務器端在listen之前會調(diào)用bind()，而客戶端就不會調(diào)用，而是在connect()時由系統(tǒng)隨機生成一個。
- 3.3、listen()、connect()函數(shù)
如果作為一個服務器，在調(diào)用socket()、bind()之后就會調(diào)用listen()來監(jiān)聽這個socket，如果客戶端這時調(diào)用connect()發(fā)出連接請求，服務器端就會接收到這個請求。
int listen(int sockfd, int backlog);int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
listen函數(shù)的第一個參數(shù)即為要監(jiān)聽的socket描述字，第二個參數(shù)為相應socket可以排隊的最大連接個數(shù)。socket()函數(shù)創(chuàng)建的socket默認是一個主動類型的，listen函數(shù)將socket變?yōu)楸粍宇愋偷?，等待客戶的連接請求。
connect函數(shù)的第一個參數(shù)即為客戶端的socket描述字，第二參數(shù)為服務器的socket地址，第三個參數(shù)為socket地址的長度?？蛻舳送ㄟ^調(diào)用connect函數(shù)來建立與TCP服務器的連接。
- 3.4、accept()函數(shù)
TCP服務器端依次調(diào)用socket()、bind()、listen()之后，就會監(jiān)聽指定的socket地址了。TCP客戶端依次調(diào)用socket()、connect()之后就想TCP服務器發(fā)送了一個連接請求。TCP服務器監(jiān)聽到這個請求之后，就會調(diào)用accept()函數(shù)取接收請求，這樣連接就建立好了。之后就可以開始網(wǎng)絡I/O操作了，即類同于普通文件的讀寫I/O操作。
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
accept函數(shù)的第一個參數(shù)為服務器的socket描述字，第二個參數(shù)為指向struct sockaddr *的指針，用于返回客戶端的協(xié)議地址，第三個參數(shù)為協(xié)議地址的長度。如果accpet成功，那么其返回值是由內(nèi)核自動生成的一個全新的描述字，代表與返回客戶的TCP連接。
注意：accept的第一個參數(shù)為服務器的socket描述字，是服務器開始調(diào)用socket()函數(shù)生成的，稱為監(jiān)聽socket描述字；而accept函數(shù)返回的是已連接的socket描述字。一個服務器通常通常僅僅只創(chuàng)建一個監(jiān)聽socket描述字，它在該服務器的生命周期內(nèi)一直存在。內(nèi)核為每個由服務器進程接受的客戶連接創(chuàng)建了一個已連接socket描述字，當服務器完成了對某個客戶的服務，相應的已連接socket描述字就被關閉。
- 3.5、read()、write()等函數(shù)
萬事具備只欠東風，至此服務器與客戶已經(jīng)建立好連接了?？梢哉{(diào)用網(wǎng)絡I/O進行讀寫操作了，即實現(xiàn)了網(wǎng)咯中不同進程之間的通信！網(wǎng)絡I/O操作有下面幾組：
read()/write()
recv()/send()
readv()/writev()
recvmsg()/sendmsg()
recvfrom()/sendto()
我推薦使用recvmsg()/sendmsg()函數(shù)，這兩個函數(shù)是最通用的I/O函數(shù)，實際上可以把上面的其它函數(shù)都替換成這兩個函數(shù)。它們的聲明如下：
#include <unistd.h>
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count); #include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags); ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);
ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags, const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);
ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags, struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);
ssize_t sendmsg(int sockfd, const struct msghdr *msg, int flags);
ssize_t recvmsg(int sockfd, struct msghdr *msg, int flags);
read函數(shù)是負責從fd中讀取內(nèi)容.當讀成功時，read返回實際所讀的字節(jié)數(shù)，如果返回的值是0表示已經(jīng)讀到文件的結束了，小于0表示出現(xiàn)了錯誤。如果錯誤為EINTR說明讀是由中斷引起的，如果是ECONNREST表示網(wǎng)絡連接出了問題。
write函數(shù)將buf中的nbytes字節(jié)內(nèi)容寫入文件描述符fd.成功時返回寫的字節(jié)數(shù)。失敗時返回-1，并設置errno變量。 在網(wǎng)絡程序中，當我們向套接字文件描述符寫時有倆種可能。1)write的返回值大于0，表示寫了部分或者是全部的數(shù)據(jù)。2)返回的值小于0，此時出現(xiàn)了錯誤。我們要根據(jù)錯誤類型來處理。如果錯誤為EINTR表示在寫的時候出現(xiàn)了中斷錯誤。如果為EPIPE表示網(wǎng)絡連接出現(xiàn)了問題(對方已經(jīng)關閉了連接)。
其它的我就不一一介紹這幾對I/O函數(shù)了，具體參見man文檔或者baidu、Google，下面的例子中將使用到send/recv。
- 3.6、close()函數(shù)
在服務器與客戶端建立連接之后，會進行一些讀寫操作，完成了讀寫操作就要關閉相應的socket描述字，好比操作完打開的文件要調(diào)用fclose關閉打開的文件。
#include <unistd.h>int close(int fd);
close一個TCP socket的缺省行為時把該socket標記為以關閉，然后立即返回到調(diào)用進程。該描述字不能再由調(diào)用進程使用，也就是說不能再作為read或write的第一個參數(shù)。
注意：close操作只是使相應socket描述字的引用計數(shù)-1，只有當引用計數(shù)為0的時候，才會觸發(fā)TCP客戶端向服務器發(fā)送終止連接請求。
4、socket中TCP的三次握手建立連接詳解
我們知道tcp建立連接要進行“三次握手”，即交換三個分組。大致流程如下：
客戶端向服務器發(fā)送一個SYN J
服務器向客戶端響應一個SYN K，并對SYN J進行確認ACK J+1
客戶端再想服務器發(fā)一個確認ACK K+1
只有就完了三次握手，但是這個三次握手發(fā)生在socket的那幾個函數(shù)中呢？請看下圖：
從圖中可以看出，當客戶端調(diào)用connect時，觸發(fā)了連接請求，向服務器發(fā)送了SYN J包，這時connect進入阻塞狀態(tài)；服務器監(jiān)聽到連接請求，即收到SYN J包，調(diào)用accept函數(shù)接收請求向客戶端發(fā)送SYN K ，ACK J+1，這時accept進入阻塞狀態(tài)；客戶端收到服務器的SYN K ，ACK J+1之后，這時connect返回，并對SYN K進行確認；服務器收到ACK K+1時，accept返回，至此三次握手完畢，連接建立。
總結：客戶端的connect在三次握手的第二個次返回，而服務器端的accept在三次握手的第三次返回。
5、socket中TCP的四次揮手釋放連接詳解
上面介紹了socket中TCP的三次握手建立過程，及其涉及的socket函數(shù)?，F(xiàn)在我們介紹socket中的四次揮手釋放連接的過程，請看下圖：
圖示過程如下：
某個應用進程首先調(diào)用close主動關閉連接，這時TCP發(fā)送一個FIN M；另一端接收到FIN M之后，執(zhí)行被動關閉，對這個FIN進行確認。它的接收也作為文件結束符傳遞給應用進程，因為FIN的接收意味著應用進程在相應的連接上再也接收不到額外數(shù)據(jù)；一段時間之后，接收到文件結束符的應用進程調(diào)用close關閉它的socket。這導致它的TCP也發(fā)送一個FIN; 接收到這個FIN的源發(fā)送端TCP對它進行確認。這樣每個方向上都有一個FIN和ACK。
參考 : http://www.cnblogs.com/VzhanggengD/p/6405589.html
http://blog.csdn.net/BaiHuaXiu123/article/details/50810281
