我所不知道的TCP Socket编程（一）-简介+创建套接字

Socket编程：

套接字（Socket）连接起了数字世界；

定义：

源IP地址和目的IP地址以及源端口号和目的端口号的组合称为套接字。其用于标识客户端请求的服务器和服务。它是网络通信过程中端点的抽象表示，包含进行网络通信必需的五种信息：连接使用的协议，本地主机的IP地址，本地进程的协议端口，远地主机的IP地址，远地进程的协议端口。

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，计算机操作系统为应用程序与TCP／IP协议交互提供了套接字(Socket)接口。应用层可以和传输层通过Socket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。

初始印象：

网络编程：一组特定的套接字编程API；

使用之后记得关闭，否则会一直处于打开状态；

每一次读取web页面时，就是在使用套接字；

三个部分的内容：

1）套接字编程的基础知识：创建套接字，链接套接字，共享套接字；

2）阐述套接字编程的高级主题；

3）实践运用；

Berkeley套接字API：

Berkeley套接字API最先与1983年出现在BSD操作系统4.2版本中；该操作系统是当时刚刚提出的TCP的首个实现；

你可以在无需了解底层协议的情况下使用套接字；

Berkeley套接字API是一种编程API，运作在实际的协议实现之上，关注的是链接两个端点（endpoint）共享数据，而非处理分组和序列号；

基于C语言实现，几乎所有用C编写的现代编程语言都会包含它的底层次接口；

netcat：

netcat（在终端下通常是nc）是一个Unix工具，可以用于创建TCP（以及UDP）链接并进行监听；

一：建立套接字

domin：AF_INET 特别指代IPv4版本的套接字；（还有其他的好多，比如IPv6）

type：STREAM 类型是流，表示使用数据流进行通讯，该功能由TCP提供；（还可以是数据报类型DGRAM datagram的缩写，则表示UDP套接字）；套接字的类型用来告诉内核需要创建什么样的套接字；

基于域和类型可以创建一个套接字；

比如我们可以创建第一个套接字：socket = Socket.new(Socket::AF_INET, Socket::SOCK_STREAM)

什么是端点：

首先学习一下IPv4和寻址：

在两个套接字直接通讯，需要知道如何找到对方；

套接字使用IP地址将消息指向特定的主机；主机由唯一的IP地址来标识（以打电话来类比，IP地址就是主机的“电话号码”）；

如果是IPv4的地址：192.168.0.1，它是由点号链接的4个小于等于255的数字；

配置了IP地址的主机可以同样向另一台同样配置了IP地址的主机发送数据；

IP地址电话簿：

DNS是一个用来将主机名映射到IP地址的系统，有了它就无需记忆主机的地址，不过得记住他的名字；随后可以让DNS将主机名解析成地址，即便地址发生了变动，主机名总是能将你引向正确的位置；

环回地址：

IP地址未必总是指向远端主机，尤其是在研发阶段，你通常需要连接自己本地主机上的套接字；

多数系统都定义了环回接口（loopback interface）；和网卡接口不同，这是一个与硬件无关、完全虚拟的接口；

发送到环回接口上的数据立即会在同一个接口上被接收，配合环回接口就可以将网络搭建在本地主机中；

环回接口对应的主机名是localhost，对应的IP地址通常是127.0.0.1，这些都定义在系统的hosts文件中；（浏览器中输入localhost It works！）

IPv6：

IPv6是区别于IPv4的另一种寻址方案；为啥要两种，因为IPv4已经用完了；

IPv4由4组数字组成，各自范围是0~255，每组数字可以由8位二进制数字表示，合计32位二进制，这意味着有2^32或43亿个地址，无奈何，他枯竭了；

IPv6采用了一种不同的格式，可以拥有天文数字级别的独立IP地址；

不过大部分时候不用我们手动输入这些地址，无论使用哪种寻址方案，结果都一样；

端口：

端口而言，一个比较重要的方面是端口号；以电话的例子来说，拨电话时需要先拨电话号，再拨分机号；端口号就是套接字端点的“分机号”；

对于每个套接字而言，IP地址和端口号的组合必须是唯一的，所以在同一个侦听端口上可以有两个套接字，一个使用IPv4地址，一个使用IPv6地址（但是这两个套接字不能都使用同一个IPv4地址）；

若没有端口号，一台主机一次只能支持一个套接字（将每个活动套接字与特定的端口号结合起来，主机便可以同时支持上千个套接字）；

我该使用哪个端口号？

DNS没法解决这个问题，可以借助已经明确定义的端口号列表；

如，http默认在80端口上进行通信，FTP的端口是21（实际上又一个组织负责维护这个列表，之后会介绍更多）；（www.iana.org）

创建第二个套接字：

socket = Socket.new(:INET6, :STREAM)//Ruby的一种写法抽象，当前创建的套接字，还不能同其他套接字交换数据；

在下才疏学浅，不懂Ruby，相关代码旨在说明概念，如有纰漏，不必挂怀；

文档：

系统中包含了大量的有关套接字的帮助文档：手册页，ri；

手册页：

可以使用下面命令查看用法：man 2 socket（手册页 第2节）；(图)



手册页被划分成若干节：

·节1：一般命令（shell程序）；

·节2：系统调用；

·节3：C库函数；

·节4：特殊文件；

·节5：文件格式；

·节7：提供了各种话题的综述，tcp（7）就很有意思；

ri：

ri是Ruby的命令行工具，Ruby安装程序会将安装核心库文档作为整个安装过程的一部分；

我们可以使用下面的命令查看Socket.new的文档；

ri Socket.new;(图)



我们就看到了之前使用的创建Socket的new方法了；

本章涉及的系统调用：

（每一章都会列出新介绍的系统调用，告诉你如何使用ri或手册页来获得更多的信息）

·Socket.new->socket(2)//ri Socket.new -> man 2 socket

参考code：（未验证）

创建套接字第一个套接字：

# ./code/snippets/create_socket.rb
require 'socket'
socket = Socket.new(Socket::AF_INET, Socket::Sock_STREAM)

创建套接字第二个套接字：

# ./code/snippets/create_socketmemoized.rb
require 'socket'
socket = Socket.new(:INET6, :STREAM)

总结：

Socket可以支持不同的传输层协议（TCP或UDP），当使用TCP协议进行连接时，该Socket连接就是一个TCP连接,UDP连接同理。

了解了套接字的作用和基本概念，以及套接字的创建，接下来要知道如何进行连接的建立。