网络之socket套接字

网络之socket套接字

前言本文介绍了网络的一些基础概念,主要包括:IP和端口号、TCP/UDP协议、网络字节流以及套接字接口。

一、IP与端口号1.IP每台主机都有自己的IP地址,所以当数据从一台主机传输到另一台主机,就需要IP地址。报头中会包含源IP和目的IP。

源IP地址:发送数据包的那个主机的IP地址。

目的IP地址:想要发到的那个主机的IP地址。

我们将数据从一台主机传递到另一台主机,并不是真正的目的。真正通信的不是这两个机器,而是这两个机器上的软件。

应用层不止一个软件。

公网IP唯一标识了主机,则数据就可以由一台主机传递到另一台主机。但是主机上有这么多软件(进程),我们怎么能保证软件A发送的数据被另一台主机上的软件B所接收呢?即如何标识主机上客户或服务进程的唯一性?

为了标识一台主机上服务进程的唯一性,我们用端口号port标识服务进程、客户进程的唯一性。

2.端口号端口号是一个2字节16位的整数。

它是用来标识一个进程,告诉操作系统要把数据交付给哪个进程。(同一个主机中,端口号只能被一个进程占用)

因此,IP地址(唯一标识全网的某个主机) + 端口号(唯一标识服务器上的某个进程)能够标识网络上某个主机上的某个进程(全网唯一的进程)。

网络通信的本质就是进程间通信,我们之前讲过进程间通信的本质是进程们看到同一份资源,此时的同一份资源就是网络。

通信的本质就IO,因为我们上网的行为就两种:1.发送数据;2.接收数据。

3.我们之前讲过,可以用进程pid来标识一个进程,那么为什么还要有端口号port呢?解耦:pid是系统规定的,而port是网络规定的,这样可以将系统和网络解耦;port标识服务器中的进程是唯一不变的(要让客户端进程找到服务器对应进程,就像是110、120一样不能被改变),而每次启动程序,程序的pid都会发送改变。不是所有的进程都需要提供网络服务或请求(不是所有进程都需要port),但每个进程都需要pid。一个端口号只能被一个进程占用,但是一个进程可以绑定多个端口号(1对n)。

4.底层OS如何根据port找到进程?uint16(端口号)——task_struct——哈希。

我们在网络通信过程中,IP + port唯一标识一个进程,IP有源IP和目的IP,port也有源port和目的port。

我们在发送数据时也要将自己的IP和端口号发送过去,因为数据还要被发送回来。因此发送数据时一定会多出来一部分数据(以协议的形式呈现)。

二、TCP/UDP协议我们用的套接字接口一定会使用传输层协议,不会绕过传输层去调用下面的协议。

传输层的协议分为:TCP协议和UDP协议

1.TCP协议特点TCP(Transmission Control Protocol传输控制协议)

传输层协议有连接(正式通信前要先建立连接)可靠传输(在内部帮我们做可靠传输工作)面向字节流2.UDP协议特点UDP(User Datagram Protocol用户数据报协议)

传输层协议无连接不可靠传输面向数据报 注意:

理解不可靠传输:如果发送数据时出现了丢包的情况,或者数据被重复传递了(传递了多份)或者网络出现了问题等等造成的后果就叫做不可靠传输。因此,传输层就是用来解决可靠性的一个协议。

可不可靠是一个中性词。可靠是需要成本的,往往在编码和维护上都比较复杂;不可靠没有成本,使用起来也简单。

所以要分场景使用它们。

三、网络字节流1.大端和小端数据我们知道内存中的多字节数据相对于内存地址有大端和小端之分。

大端和小端:

小端:低权值放在低地址(小低低)

大端:低权值放在高地址(相反)

假设出现一种情况:一个大端机用大端的方式发送数据给一个小端机,如果现在是跨网络传数据,那么我们并不能清楚传输的数据是大端还是小端。

因此就有了规定,网络中的数据都是大端的。

发送数据的主机如果是大端机,就不用再做处理;如果是小端机就将数据由小端转为大端再发送数据。(接收数据同理)

如何定义网络数据流的地址发送主机,把发送缓冲区内的数据按内存地址由低到高的顺序发送(即,先发出的数据在低地址,后发出的数据在高地址。);

接收主机,把网络上接收到的数据按字节一次保存在接收缓冲区内,也是按内存地址从低到高的顺序保存。

四、socket套接字接口1.socket常见API代码语言:javascript复制//穿个件socket文件描述符(TCP/UDP,客户端 + 服务器)

int socket(int domain, int type, int protocol);

//绑定端口号(TCP/UDP,服务器)

int bind(int socket, const struct sockaddr*address, socklen_t address_len);

//开始监听socket(TCP, 服务器)

int listen(int socket, int backlog);

//接收请求(TCP, 服务器)

int accept(int socket, struct sockaddr* address, socklen_t* address_len);

//建立联系(TCP, 客户端)

int connect(int sockfd, const struct sockaddr* addr, socklen_t addrlen);IP地址 + 端口号能够标识该主机上的唯一一个进程:IP和端口号port就称为套接字。

socket是插座的意思,未来进行网络通信时,插头和插座配套使用。

2. 套接字套接字种类套接字种类比较多,常见的有以下三种:

1.网络套接字;

2.原始套接字;

3.unix域间套接字;

用途1.网络套接字主要运用于跨主机之间的通信,也可以支持本地通信;

2.域间套接字只能在本地通信;

3.原始套接字可以跨传输层(TCP/IP协议)访问底层的数据。

这些套接字应用场景完全不同,所以我们想使用套接字就要使用三套不同的接口。未来方便使用,设计者只设计了一套接口,因此需要通过不同的参数,解决所有网络或者其他场景下的通信问题。

3.例子sockaddr_in(inet, 网络通信)与sockaddr_un(unix, 域间套接字)

代码语言:javascript复制struct sockaddr_in{

short int sin_family; //地址族,一般为AF_INET

unsigned short int sin_port;//端口号,网络字节序

struct in_addr sin_addr; //IP地址

unsigned char sin_zero[8]; //用于填充,使sizeof(sockaddr_in)等于16

};

struct sockaddr_un{

sa_family_t sun_family; //AF_INET

char sun_path[108]; //带有路径的文件名

};//通过同一个文件的路径来让进程看到同一份资源可以看到sockaddr_in和sockaddr_un是两个不同的通信场景。区分它们可以使用前2个字节:16地址类型协议家族的标识符(代表是本地通信还是网络通信)。我们两个结构体都不用,直接用sockaddr。未来进行网络编程时,如果是网络通信,填充的网络信息是struct sockaddr_in这个结构体。

比如,我们想用网络通信,虽然参数是const struct sockaddr* addr,但实际上传进去的却是sockaddr_in结构体(类型不一致,需要进行强制类型转换)。函数内部对它们一视同仁,全部当作sockaddr类型,然后根据它们的前两个字节判断是什么通信,然后再强转回去。

接口的设计为啥是structaddr结构?为什么不用void类型(C语言未来能够接收任意来下,可以将参数设置为void*;并且void不需要强转)?

因为设计这一接口时的C语言标准还没有void;

这是OS的接口,不能随意更改;

其他语言可能不支持void*。

可以将sockaddr看作基类,将sockaddr_in和sockaddr_un看做派生类,它们构成了多态体系。

五、总结IP地址 + 端口号port可以标识网络上的某一台主机上的某一个进程(全网唯一)。TCP/UDP协议是传输层的协议,其他特点不同。例如:UDP是不可靠的。套接字是一种网络通信机制,IP + 端口号是套接字的构成形式。网络字节序规定为大端(我们规定网络中的数据是大端形式)。sockaddr使用统一的接口解决所有网络或者其他场景下的通信问题。总结以上就是今天要讲的内容,本文介绍了socket套接字的相关概念。本文作者目前也是正在学习网络相关的知识,如果文章中的内容有错误或者不严谨的部分,欢迎大家在评论区指出,也欢迎大家在评论区提问、交流。

最后,如果本篇文章对你有所启发的话,希望可以多多支持作者,谢谢大家!

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