• 前言

• Socket 是什么?

• Socket 運(yùn)行流程

• 基于 TCP

• 基于 UDP

• Socket TCP 是如何建立連接的

• 三次握手發(fā)生在 socket 的哪幾個(gè)函數(shù)中

• Socket TCP 是如何斷開(kāi)連接的

• 第四次揮手后為何要等待 2MSL

前言

一說(shuō)到網(wǎng)絡(luò)，大家必然會(huì)想到 TCP、UDP、Http、三握四揮等，但是一說(shuō) Socket，大家可能會(huì)有點(diǎn)模糊了，只知道網(wǎng)絡(luò)中會(huì)用到，但是 Socket 究竟是什么? 套接字又是啥？為啥網(wǎng)絡(luò)離不開(kāi) Socket？

Socket 是什么?

Socket 其實(shí)就是套接字，大部分人對(duì)于 Socket 的理解就是它可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)通信，但是它「具體解決了哪些問(wèn)題？有什么實(shí)際的作用？為什么會(huì)有一個(gè) Socket 出現(xiàn)？」

Socket 其實(shí)是在「應(yīng)用層與傳輸層之間的一個(gè)產(chǎn)物」，它把傳輸層的很多復(fù)雜操作封裝成一些簡(jiǎn)單的接口，來(lái)讓?xiě)?yīng)用層調(diào)用以此來(lái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)程在網(wǎng)絡(luò)中的通信，Socket 是對(duì)端口通信開(kāi)發(fā)的工具,它要更底層一些。

Socket 其實(shí)類似于一臺(tái)洗碗機(jī)，它的功能就是洗碗(網(wǎng)絡(luò)通信)，如果沒(méi)有它，你可能需要自己手動(dòng)去洗碗(手動(dòng)調(diào)用傳輸層、應(yīng)用層之間的各個(gè) api)，但是有了它你只需要點(diǎn)擊開(kāi)關(guān)、調(diào)整時(shí)長(zhǎng)就行了(封裝了 api)，你可以不需要它，但是如果沒(méi)有它，洗碗(應(yīng)用層與傳輸層之間的交互)將變得非常繁瑣。

一次完整的網(wǎng)絡(luò)通信必不可少的會(huì)經(jīng)過(guò)物理傳輸層的網(wǎng)線和網(wǎng)卡，網(wǎng)絡(luò)傳輸層的 IP 協(xié)議可以知道要將數(shù)據(jù)傳送給哪臺(tái)機(jī)器，但是在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中會(huì)運(yùn)行不同進(jìn)程，那要如何把「網(wǎng)卡中的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)識(shí)別出來(lái)是給哪個(gè)進(jìn)程的」，這其實(shí)就是 Socket 設(shè)計(jì)的想解決的一點(diǎn)了。

Socket 是「對(duì) TCP/IP 或者 UDP/IP 協(xié)議的封裝」，Socket 本身其實(shí)就是一個(gè)調(diào)用接口。通過(guò)這個(gè)接口我們?cè)陂_(kāi)發(fā)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的時(shí)候，就可以不用關(guān)心底層是怎么實(shí)現(xiàn)的，減輕開(kāi)發(fā)的難度。

Socket 運(yùn)行流程

基于 TCP

Server

• socket():表示創(chuàng)建一個(gè) socket，底層會(huì)生成一個(gè)文件描述符，用來(lái)表示該 socket
• bind():用來(lái)綁定服務(wù)的端口，地址，這里一般都是以固定的為主，因?yàn)樵诳蛻舳诉B接的時(shí)候需要指定
• listen():當(dāng)綁定完成之后，listen 就會(huì)監(jiān)聽(tīng)這個(gè)端口的數(shù)據(jù)包
• accept():相當(dāng)于一個(gè)開(kāi)關(guān)，表示我準(zhǔn)備好了，可以接受請(qǐng)求了，但是這里會(huì)一直阻塞，直到客戶端連接成功
• read():讀取客戶端發(fā)送過(guò)來(lái)的內(nèi)容
• write():客戶端寫(xiě)入要返回的數(shù)據(jù)
• close():斷開(kāi)連接，「四次揮手」

Client

• socket():表示創(chuàng)建一個(gè) socket，底層會(huì)生成一個(gè)文件描述符，用來(lái)表示該 socket
• connet():表示與指定地址進(jìn)行連接，在此之前，會(huì)隨機(jī)創(chuàng)建自己的端口，tcp 的「三次握手就是從這里開(kāi)始」的
• write():客戶端寫(xiě)入要發(fā)送的數(shù)據(jù)
• read():客戶端讀取服務(wù)端返回的數(shù)據(jù)
• close():斷開(kāi)連接，「四次揮手」，給客戶端發(fā)送斷開(kāi)連接的信息

基于 UDP

這里我就不細(xì)寫(xiě)了，其實(shí)大同小異，從流程圖上就可以看到

因?yàn)?UDP 是無(wú)狀態(tài)的，所以對(duì)于服務(wù)端來(lái)說(shuō)沒(méi)有連接，并且其會(huì)在調(diào)用 Recvfrom() 方法后就收客戶端的請(qǐng)求，并一直阻塞，直到收到信息

Socket TCP 是如何建立連接的

在 Socket 綁定完服務(wù)器的地址后，就開(kāi)始和服務(wù)器建立連接了，TCP 建立連接的方式其實(shí)就是大名鼎鼎三次握手了

• 第一次握手:A 的 TCP 進(jìn)程創(chuàng)建一個(gè) 傳輸控制塊 TCB ，然后向 B 發(fā)出連接請(qǐng)求報(bào)文段。之后將同步位 SYN 設(shè)置為 1，同時(shí)選擇一個(gè)初始序列號(hào) seq=x，這時(shí)客戶端 A 進(jìn)入到 SYN-SENT（同步已發(fā)送）狀態(tài)。
• 第二次握手:B 收到連接請(qǐng)求報(bào)文段，如果同意建立連接，則向 A 發(fā)送確認(rèn)。在確認(rèn)報(bào)文段中 同步位 SYN=1、確認(rèn)位 ACK=1、確認(rèn)號(hào) ack=x+1，同時(shí)也為自己選擇一個(gè)初始序列號(hào) seq=y，這時(shí)服務(wù)器 B 進(jìn)入 SYN-RCVID 狀態(tài)。
• 第三次握手:A 收到 B 的確認(rèn)以后，再向 B 發(fā)出確認(rèn)。確認(rèn)報(bào)文 ACK=1、確認(rèn)號(hào)ack=y+1。這時(shí)A進(jìn)入到 ESTAB-LISHED 狀態(tài)。當(dāng)B接收到A的確認(rèn)后，也進(jìn)入 ESTAB-LISHED 狀態(tài)。連接建立完成

三次握手發(fā)生在 socket 的哪幾個(gè)函數(shù)中

• 當(dāng)客戶端調(diào)用 connect 時(shí)，觸發(fā)了連接請(qǐng)求，向服務(wù)器發(fā)送了SYN 信號(hào)，這時(shí) connect 進(jìn)入阻塞狀態(tài)；
• 服務(wù)器監(jiān)聽(tīng)到連接請(qǐng)求，即收到 SYN，調(diào)用 accept 函數(shù)接收，進(jìn)入阻塞狀態(tài)，在此之前會(huì)盡力 socket、bind、listen 函數(shù)；然后返回相關(guān)的 syn 以及 ack 信號(hào)
• 客戶端接受到服務(wù)端的信息，此時(shí) connect 完成，解除阻塞狀態(tài)，并且向服務(wù)端發(fā)送 ack 信號(hào)
• 服務(wù)端收到 ack， accept 阻塞解除，完成連接

在建立連接之后，connect() 就已經(jīng)執(zhí)行完畢了，服務(wù)端就可以向客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)了。

Socket TCP 是如何斷開(kāi)連接的

• 第一次揮手:A 先發(fā)送連接釋放報(bào)文段，段首部的終止控制位 FIN=1，序號(hào)seq=u（等于A前面發(fā)送數(shù)據(jù)的最后一個(gè)序號(hào)加1）；然后 A 進(jìn)入 FIN-WAIT-1（終止等待1）狀態(tài)，等待 B 的確認(rèn)。
• 第二次揮手:B 收到 A 的連接釋放報(bào)文段后，立刻發(fā)出確認(rèn)報(bào)文段，確認(rèn)號(hào) ack=u+1，序號(hào) seq=v（等于 B 前面發(fā)送數(shù)據(jù)的最后一個(gè)序號(hào)加1）；然后 B 進(jìn)入 CLOSE-WAIT（關(guān)閉等待）狀態(tài)。
• 第三次揮手:A 收到 B 的確認(rèn)報(bào)文段后進(jìn)入到 FIN-WAIT-2（終止等待2）狀態(tài)，繼續(xù)等待 B 發(fā)出連接釋放報(bào)文段；
• 若 B 已經(jīng)沒(méi)有數(shù)據(jù)要發(fā)送，B 就會(huì)向 A 發(fā)送連接釋放報(bào)文段，段首部的終止控制位 FIN=1，序號(hào) seq=w（半關(guān)閉狀態(tài)可能又發(fā)送了一些數(shù)據(jù)），確認(rèn)號(hào) ack=u+1，這時(shí)B進(jìn)入 LAST-ACK（最后確認(rèn)）狀態(tài)，等待A的確認(rèn)。
• 第四次揮手:A收到B的連接釋放報(bào)文段并發(fā)出確認(rèn)，確認(rèn)段中 確認(rèn)位 ACK=1，確認(rèn)號(hào) ack=w+1，序號(hào) seq=u+1；然后 A 進(jìn)入到TIME-WAIT（時(shí)間等待）狀態(tài)。當(dāng) B 再接收到該確認(rèn)段后，B 就進(jìn)入 CLOSED狀態(tài)。

第四次揮手后為何要等待 2MSL

首先 2MSL 的時(shí)間是從客戶端(A)接收到 FIN 后發(fā)送 ACK 開(kāi)始計(jì)時(shí)的。如果在 TIME-WAIT 時(shí)間內(nèi)，因?yàn)榭蛻舳?A)的 ACK 沒(méi)有傳輸?shù)椒?wù)端(B)，客戶端(A)又接收到了服務(wù)端(B)重發(fā)的 FIN 報(bào)文，那么 2MSL 時(shí)間會(huì)被重置。等待 2MSL 原因如下

• 1.得原來(lái)連接的數(shù)據(jù)包消失
• 如果B沒(méi)有收到自己的ACK，會(huì)超時(shí)重傳FiN那么A再次接到重傳的FIN，會(huì)再次發(fā)送ACK
• 如果B收到自己的ACK，也不會(huì)再發(fā)任何消息

在最后一次揮手后 A 并不知道 B 是否接到自己的信息， 包括 ACK 是以上哪兩種情況，A 都需要等待，要取這「兩種情況等待時(shí)間的最大值，以應(yīng)對(duì)最壞的情況發(fā)生」，這個(gè)最壞情況是：去向ACK消息最大存活時(shí)間（MSL) + 來(lái)向FIN消息的最大存活時(shí)間(MSL)。這剛好是2MSL，這個(gè)時(shí)間，足以使得原來(lái)連接的數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中消失。

• 2.保證 ACK 能被服務(wù)端接收到從而正確關(guān)閉鏈接

因?yàn)檫@個(gè) ACK 是有可能丟失的，會(huì)導(dǎo)致服務(wù)器收不到對(duì) FIN-ACK 確認(rèn)報(bào)文。假設(shè)客戶端不等待 2MSL ，而是在發(fā)送完 ACK 之后直接釋放關(guān)閉，一但這個(gè) ACK 丟失的話，服務(wù)器就無(wú)法正常的進(jìn)入關(guān)閉連接狀態(tài)。

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