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1、1 Socket 的功能 和 套接字的三种类型Socket 的功能6.2.2Socket 的英文原意就是“孔”或“插座”,现在,作为 BSD UNIX 的进程通讯机制,取其后一种意义。日常生活中常见的插座,有的是信号插座,有的是电源插座,有的可以接受信号(或能量) ,有的可以发送信号(或能量)。假如电话线与电话机之间安放一个插座(相当于二者之间的接口,这一部分装置物理上是存在的)则 Socket 非常相似于电话插座。将电话系统与面向连接的 Socket 机制相比,有着惊人相似的地方。以一个国家级的电话网为例。电话的通话双方相当于相互通信的两个进程;通话双方所在的地区(享有一个全局唯一的区号)相

2、当于一个网络,区号是它的网络地址;区内的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(下面将谈到) 。图 6-1 socket 接口示意图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 号;同时要知道对方的电话号码,相当于对方有一个 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,是向电话机发出信号和从电话机接受信号的过程,相当于向

3、 Socket 发送数据和从 Socket 接受数据。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它都是透明的,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

4、之前,双方必须各自拥有一台电话机一样。每一个 Socket 都用一个半相关描述:协议,本地地址,本地端口一个完整的 Socket 则用一个相关描述协议,本地地址,本地端口,远程地址,远程端口每一个 Socket 有一个本地的唯一 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 号(相当于一个想打电话的人可以在任何一台入网的电话上拨叫呼叫) ;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

5、号码) 。Socket 利用客户 服务器模式巧妙的解决了进程之间建立通信连接的问题。服务器Socket 为全局所公认非常重要。两个完全随机的用户进程之间,因为没有任何一方的 Socket是固定的,就像打电话却不知道别人的电话号码,要通话是不可能的。套接字的三种类型6.2.3套接字有三种类型:流式套接字 (SOCK_STREAM),数据报套接字 (SOCK_DGRAM)及原始套接字。1.流式套接字(SOCK_STREAM)流式的套接字可以提供可靠的、面向连接的通讯流。如果你通过流式套接字发送了顺序的数据: “1”“2”、 。那么数据到达远程时候的顺序也是“1”“2” 、 。流式套接字可以做什么呢

6、?你听说过 Telnet 应用程序吗?听过?哦,最常用的 BBS 服务,以及系统的远程登陆都是通过 Telnet 协议连接的。Telnet 就是一个流式连接。你是否希望你在 Telnet 应用程序上输入的字符(或汉字)在到达远程应用程序的时候是以你输入的顺序到达的?答案应该是肯定的吧。还有 WWW 浏览器,它使用的 HTTP 协议也是通过流式套接字来获取网页的。事实上,如果你 Telnet 到一个 Web Site 的 80 端口上,然后输入 “GET 网页路径名”然后按两下回车(或者是两下 Ctrl+回车)然后你就得到了“网页路径名”所代表的网页!流式套接字是怎样保证这种应用层次上的数据传输

7、质量呢?它使用了 TCP ( TheTransmission Control Protocol)协议(可以参考 RFC-793 来得到 TCP 的细节)。TCP 保证了你的数据传输是正确的,并且是顺序的。TCP 是经常出现的 TCP/IP 中的前半部分。IP代表 Internet Protocol(因特网协议,参考 RFC-791)IP 只处理网络路由。图 6-2 面向连接的 socket 的工作流程2.数据报套接字(SOCK_DGRAM)数据报套接字定义了一种无连接的服务,数据通过相互独立的报文进行传输,是无序的,并且不保证可靠,无差错。原始套接字允许对低层协议如 IP 或 ICMP 直接访

8、问,主要用于新的网络协议实现的测试等。数据报套接字(Datagram Sockets)怎样呢?为什么它叫做“无连接”?应该怎样处理它们呢?为什么它们是不可靠的?好的,这里有一些事实:l 如果你发送了一个数据报,它可能不会到达。l 它可能会以不同的顺序到达。l 如果它到达了,它包含的数据中可能存在错误。数据报套接字也使用 IP,但是它不使用 TCP,它使用使用者数据报协议 UDP(UserDatagram Protocol 可以参考 RFC 768)为什么说它们是“无连接”的呢?因为它(UDP)不像流式套接字那样维护一个打开的连接,你只需要把数据打成一个包,把远程的 IP 贴上去,然后把这个包发

9、送出去。这个过程是不需要建立连接的。UDP 的应用例子有: tftp, bootp 等。那么,数据包既然会丢失,怎样能保证程序能够正常工作呢?事实上,每个使用 UDP的程序都要有自己的对数据进行确认的协议。比如, TFTP 协议定义了对于每一个发送出去的数据包,远程在接受到之后都要回送一个数据包告诉本地程序:“我已经拿到了!(一”个 “ACK” 包) 。如果数据包发的送者在 5 秒内没有的得到回应,它就会重新发送这个数据包直到数据包接受者回送了 “ACK” 信号。这些知识对编写一个使用 UDP 协议的程序员来说是非常必要的。无连接服务器一般都是面向事务处理的,一个请求一个应答就完成了客户程序与

10、服务程序之间的相互作用。若使用无连接的套接字编程,程序的流程可以用图 6-3 表示。图 6-3 无连接的 socket 工作流程面向连接服务器处理的请求往往比较复杂,不是一来一去的请求应答所能解决的,而且往往是并发服务器。使用面向连接的套接字编程,可以通过图 6-2 来表示。套接字工作过程如下:服务器首先启动,通过调用 socket()建立一个套接字,然后调用bind()将该套接字和本地网络地址联系在一起,再调用 listen()使套接字做好侦听的准备,并规定它的请求队列的长度,之后就调用 accept()来接收连接。客户在建立套接字后就可调用 connect()和服务器建立连接。连接一旦建立,客户机和服务器之间就可以通过调用 read()和 write()来发送和接收数据。最后,待数据传送结束后,双方调用 close()关闭套接字。3.原始套接字原始套接字主要用于一些协议的开发,可以进行比较底层的操作。它功能强大,