我们要讨论的是网络中进程之间如何通信？

进取

首要解决的问题是如何唯一标识一个进程，否则通信无从谈起！

在本地可以通过进程PID来唯一标识一个进程

在网络中网络层的“ip地址”可以唯一标识网络中的主机，而传输层的“协议+端口”可以唯一标识主机中的应用程序（进程),这样利用三元组（ip地址，协议，端口）就可以标识网络的进程了，网络中的进程通信就可以利用这个标志与其它进程进行交互。

使用TCP/IP协议的应用程序通常采用应用编程接口：套接字(socket)来实现网络进程之间的通信,所有的应用程序都是采用socket

2、什么是Socket？

1.英文原义是“孔”或“插座”通常也称作"套接字"，用于描述IP地址和端口，可以用来实现不同虚拟机或不同计算机之间的通信

2.Internet上的主机一般运行了多个服务软件，同时提供几种服务。每种服务都打开一个Socket，并绑定到一个端口上，不同的端口对应于不同的服务

3、socket的基本操作是“open—write/read—close”模式,socket提供了这些操作对应的函数接口。

下面以TCP为例，介绍几个基本的socket接口函数

1、int socket(int domain, int type, int protocol)

用于创建一个socket描述符,它唯一标识一个socket,后续的操作都有用到它

指定不同的参数创建不同的socket描述符，socket函数的三个参数分别为：

domain：即协议域，又称为协议族（family）

常用的协议族有，AF_INET、AF_INET6、AF_LOCAL（或称AF_UNIX，Unix域socket）、AF_ROUTE等等。

协议族决定了socket的地址类型，在通信中必须采用对应的地址，如AF_INET决定了要用ipv4地址（32位的）与端口号（16位的）的组合、AF_UNIX决定了要用一个绝对路径名作为地址。

type：指定socket类型

常用的socket类型有，SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW、SOCK_PACKET、SOCK_SEQPACKET等等

protocol：故名思意，就是指定协议

常用的协议有，IPPROTO_TCP、IPPTOTO_UDP、IPPROTO_SCTP、IPPROTO_TIPC等，它们分别对应TCP传输协议、UDP传输协议、STCP传输协议、TIPC传输协议（这个协议我将会单独开篇讨论！）。

注意：

并不是上面的type和protocol可以随意组合的

如SOCK_STREAM不可以跟IPPROTO_UDP组合。当protocol为0时，会自动选择type类型对应的默认协议。

当我们调用socket创建一个socket时，返回的socket描述字它存在于协议族中，但没有一个具体的地址。如果想要给它赋值一个地址，就必须调用bind()函数

否则就当调用connect()、listen()时系统会自动随机分配一个端口

2. int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

bind()函数正如上面所说bind()函数把一个地址族中的特定地址赋给socket,也就是给描述字绑定一个名字

例如对应AF_INET、AF_INET6就是把一个ipv4或ipv6地址和端口号组合赋给socket。

函数的三个参数分别为：

sockfd：即socket描述字，它是通过socket()函数创建了，唯一标识一个socket

addr：一个const struct sockaddr *指针，指向要绑定给sockfd的协议地址。这个地址结构根据地址创建socket时的地址协议族的不同而不同，

如ipv4对应的是：

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对应的是：

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域对应的是：

struct sockaddr_un {

sa_family_t sun_family;              /* AF_UNIX */

char        sun_path[UNIX_PATH_MAX];  /* pathname */

};

addrlen：对应的是地址的长度。

通常服务器在启动的时候都会绑定一个众所周知的地址（如ip地址+端口号），用于提供服务，客户就可以通过它来接连服务器；

而客户端就不用指定，有系统自动分配一个端口号和自身的ip地址组合。这就是为什么通常服务器端在listen之前会调用bind()，而客户端就不会调用，而是在connect()时由系统随机生成一个。

在将一个地址绑定到socket的时候，请先将主机字节序转换成为网络字节序,请谨记对主机字节序转化为网络字节序再赋给socket。

服务器在调用socket()、bind()之后就会调用listen()来监听这个socket，如果客户端这时调用connect()发出连接请求，服务器端就会接收到这个请求。

3.int listen(int sockfd, int backlog);

socket()函数创建的socket默认是一个主动类型的，listen函数将socket变为被动类型的，等待客户的连接请求

listen函数的第一个参数即为要监听的socket描述字，

第二个参数为相应socket可以排队的最大连接个数。

4.int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

connect函数的第一个参数即为客户端的socket描述字，

第二参数为服务器的socket地址，

第三个参数为socket地址的长度。

客户端 依次调用socket()、connect()之后就向 服务器  发送了一个连接请求

服务器监听到这个请求之后，就会调用accept()函数取接收请求，这样连接就建立好了

之后就可以开始网络I/O操作了，即类同于普通文件的读写I/O操作。

5.int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen)

accept()函数 服务器端  依次调用socket()、bind()、listen()之后，就会监听指定的socket地址了

第一个参数为服务器的socket描述字，

第二个参数为指向struct sockaddr *的指针，用于返回客户端的协议地址，

第三个参数为协议地址的长度。

如果accpet成功，那么其返回值是由内核自动生成的一个全新的描述字，代表与返回客户的TCP连接。

注意：

accept的第一个参数为服务器的socket描述字，是服务器开始调用socket()函数生成的，称为监听socket描述字；而accept函数返回的是已连接的socket描述字。一个服务器通常通常仅仅只创建一个监听socket描述字，它在该服务器的生命周期内一直存在。内核为每个由服务器进程接受的客户连接创建了一个已连接socket描述字，当服务器完成了对某个客户的服务，相应的已连接socket描述字就被关闭。

read()、write()服务器与客户已经建立好连接了,可以调用网络I/O进行读写操作了，即实现了网咯中不同进程之间的通信！

网络I/O操作有下面几组：

read()/write()

write()recv()/

send()readv()/

writev()recvmsg()/

sendmsg()recvfrom()/

sendto()我推荐使用recvmsg()/sendmsg()函数，这两个函数是最通用的I/O函数，实际上可以把上面的其它函数都替换成这两个函数。

read函数

从fd中读取内容.当读成功时，read返回实际所读的字节数，如果返回的值是0表示已经读到文件的结束了，小于0表示出现了错误。如果错误为EINTR说明读是由中断引起的，如果是ECONNREST表示网络连接出了问题。

write函数

将buf中的nbytes字节内容写入文件描述符fd.成功时返回写的字节数。失败时返回-1，并设置errno变量。 在网络程序中，当我们向套接字文件描述符写时有俩种可能。1)write的返回值大于0，表示写了部分或者是全部的数据。2)返回的值小于0，此时出现了错误。我们要根据错误类型来处理。如果错误为EINTR表示在写的时候出现了中断错误。如果为EPIPE表示网络连接出现了问题(对方已经关闭了连接)。

close()函数

int close(int fd);

在服务器与客户端建立连接之后，会进行一些读写操作，完成了读写操作就要关闭相应的socket描述字，好比操作完打开的文件要调用fclose关闭打开的文件

close一个TCP socket的缺省行为时把该socket标记为以关闭，然后立即返回到调用进程。该描述字不能再由调用进程使用，也就是说不能再作为read或write的第一个参数。

注意：

close操作只是使相应socket描述字的引用计数-1，只有当引用计数为0的时候，才会触发TCP客户端向服务器发送终止连接请求。

socket中TCP的三次握手

我们知道tcp建立连接要进行“三次握手”，即交换三个分组。大致流程如下：

客户端向服务器发送一个SYN J

服务器向客户端响应一个SYN K，并对SYN J进行确认ACK J+1

客户端再想服务器发一个确认ACK K+1

只有就完了三次握手，但是这个三次握手发生在socket的那几个函数中呢？请看下图：

三次握手

从图中可以看出，当客户端调用connect时，触发了连接请求，向服务器发送了SYN J包，这时connect进入阻塞状态；服务器监听到连接请求，即收到SYN J包，调用accept函数接收请求向客户端发送SYN K ，ACK J+1，这时accept进入阻塞状态；客户端收到服务器的SYN K ，ACK J+1之后，这时connect返回，并对SYN K进行确认；服务器收到ACK K+1时，accept返回，至此三次握手完毕，连接建立。

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