对应关系
网络七层
- 媒体层: 网络工程师所研究的对象
- 物理层
- 数据链路层 **【ARP \ RARP】**
- 网络层 **【IP】**
- 主机层: 用户所面向和关心的内容
- 传输层 【TCP \ UDP】
- 会话层
- 表示层
- 应用层 【HTTP \ FTP \ SMTP \ DNS】
- 拓展: 通信的基石
套接字
【Socket】- socket: 网络通信过程中
端点
的抽象表示
- socket: 网络通信过程中
TCP/IP五层模型
- 应用层
- 传输层
- 四层交换机、也有工作在四层的路由器工作在传输层
- 网络层
- 路由器、三层交换机在网络层
- 数据链路层
- 网桥(现已很少使用)、以太网交换机(二层交换机)、网卡(其实网卡是一半工作在物理层、一半工作在数据链路层)在数据链路层
- 物理层
- 中继器、集线器、双绞线工作在物理层
TCP/IP协议中的应用层处理七层模型中的第五层、第六层和第七层的功能。TCP/IP协议中的传输层并不能总是保证在传输层可靠地传输数据包,而七层模型可以做到。TCP/IP协议还提供一项名为UDP(用户数据报协议)的选择。UDP不能保证可靠的数据包传输。
TCP是一种流模式的协议,UDP是一种数据报模式的协议
- TCP:面向连接、传输可靠(保证数据正确性,保证数据顺序)、用于传输大量数据(流模式)、速度慢,建立连接需要开销较多(时间,系统资源)。
- UDP:面向非连接、传输不可靠、用于传输少量数据(数据报模式)、速度快。
IP、TCP、HTTP区别联系
- 三者本质上无可比性
- HTTP协议基于TCP连接
- TCP/IP是传输层协议,主要解决数据如何在网络中传输;
传输数据,可以只使用传输层(TCP/IP),但是没有应用层,便无法识别数据内容。如果要使得传输的数据有意义,必须使用应用层协议(HTTP、FTP、TELNET等),也可以自己定义应用层协议。
+ HTTP是应用层协议,主要解决如何包装数据。
>WEB使用HTTP作应用层协议,以封装HTTP文本信息,然后使用TCP/IP做传输层协议将它发送到网络上。
Socket
socket是对TCP/IP协议的封装,socket本身并不是协议,而是一个调用接口(API),通过socket我们才能使用TCP/IP协议。Socket接口定义了许多函数或例程,程序员可以用它们来开发TCP/IP网络上的应用程序。要学Internet上的TCP/IP网络编程,必须理解Socket接口。 Socket接口设计者最先是将接口放在Unix操作系统里面的。如果了解Unix系统的输入和输出的话,就很容易了解Socket了。网络的Socket数据传输是一种特殊的I/O,Socket也是一种文件描述符。Socket也具有一个类似于打开文件的函数调用Socket(),该函数返回一个整型的Socket描述符,随后的连接建立、数据传输等操作都是通过该Socket实现的。
Socket描述了一个IP、端口对。它简化了程序员的操作,知道对方的IP以及PORT就可以给对方发送消息,再由服务器端来处理发送的这些消息。
Http 和 Socket连接区别
TCP连接
要想明白Socket连接,先要明白TCP连接。手机能够使用联网功能是因为手机底层实现了TCP/IP协议,可以使手机终端通过无线网络建立TCP连接。TCP协议可以对上层网络提供接口,使上层网络数据的传输建立在“无差别”的网络之上。
建立起一个TCP连接需要经过“三次握手”
- 第一次握手:客户端发送syn包(syn=j)到服务器,并进入SYN_SEND状态,等待服务器确认;
- 第二次握手:服务器收到syn包,必须确认客户的SYN(ack=j+1),同时自己也发送一个SYN包(syn=k),即SYN+ACK包,此时服务器进入SYN_RECV状态;
- 第三次握手:客户端收到服务器的SYN+ACK包,向服务器发送确认包ACK(ack=k+1),此包发送完毕,客户端和服务器进入ESTABLISHED状态,完成三次握手。
- 握手过程中传送的包里不包含数据,三次握手完毕后,客户端与服务器才正式开始传送数据。
- 理想状态下,TCP连接一旦建立,在通信双方中的任何一方主动关闭连接之前,TCP连接都将被一直保持下去。
- 断开连接时服务器和客户端均可以主动发起断开TCP连接的请求,断开过程需要经过“四次握手”。
断开一个TCP连接需要经过“四次握手”
TCP连接的拆除需要发送四个包,因此称为四次握手(four-way handshake)。在socket编程中,任何一方执行close()操作即可产生握手(有地方称为“挥手”)操作。
TCP连接的拆除连接“三次握手”和断开“四次握手”的区别
之所以有“三次握手”和“四次握手”的区别,是因为连接时当Server端收到Client端的SYN连接请求报文后,可以直接发送SYN+ACK报文。其中ACK报文是用来应答的,SYN报文是用来同步的。但是关闭连接时,当Server端收到FIN报文时,很可能并不会立即关闭SOCKET,所以只能先回复一个ACK报文,告诉Client端,”你发的FIN报文我收到了”。只有等到我Server端所有的报文都发送完了,我才能发送FIN报文,因此不能一起发送。故需要四步握手。
HTTP连接
HTTP协议即超文本传送协议(HyperText Transfer Protocol)是Web联网的基础,也是手机联网常用的协议之一,HTTP协议是建立在TCP协议之上的一种应用。
HTTP连接最显著的特点是:
客户端发送的每次请求都需要服务器回送响应,在请求结束后,会主动释放连接。从建立连接到关闭连接的过程称为“一次连接”。
- 在HTTP 1.0中,客户端的每次请求都要求建立一次单独的连接,在处理完本次请求后,就自动释放连接。
- 在HTTP 1.1中则可以在一次连接中处理多个请求,并且多个请求可以重叠进行,不需要等待一个请求结束后再发送下一个请求。
由于HTTP在每次请求结束后都会
主动释放连接
,因此HTTP连接是一种“短连接”
,要保持客户端程序的在线状态,需要不断地向服务器发起连接请求。通常做法是即使不需要获得任何数据,客户端也保持每隔一段固定的时间向服务器发送一次“保持连接”的请求,服务器在收到该请求后对客户端进行回复,表明知道客户端“在线”。若服务器长时间无法收到客户端的请求,则认为客户端“下线”,若客户端长时间无法收到服务器的回复,则认为网络已经断开。
HTTPS
HTTPS(Hyper Text Transfer Protocol over Secure Socket Layer),是以安全为目标的HTTP通道,是HTTP的安全版。 在HTTP下加入SSL层,HTTPS的安全基础是SSL,因此加密的详细内容就需要SSL。 HTTPS存在不同于HTTP的默认端口及一个加密/身份验证层(在HTTP与TCP之间)。HTTP协议以明文方式发送内容,不提供任何方式的数据加密,如果攻击者截取了Web浏览器和网站服务器之间的传输报文,就可以直接读懂其中的信息,因此HTTP协议不适合传输一些敏感信息。
HTTP和HTTPS的区别
- https协议需要到ca申请证书;http是超文本传输协议,信息是明文传输,https则是具有安全性的ssl加密传输协议;
- http和https使用的是完全不同的连接方式,用的端口也不一样,前者是80,后者是443;
-
http的连接很简单,是无状态的,HTTPS协议是由SSL+HTTP协议构建的可进行加密传输、身份认证的网络协议。
HTTPS
Socket原理
Socket使用socket(套接字)概念
套接字(socket)是通信的基石,是支持TCP/IP协议的网络通信的基本操作单元。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须的五种信息: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。
应用层通过传输层进行数据通信时,TCP会遇到同时为多个应用程序进程提供并发服务的问题。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
,许多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。
建立socket连接
建立Socket连接至少需要一对套接字,其中一个运行于客户端,称为ClientSocket,另一个运行于服务器端,称为ServerSocket。
每一个应用或者说服务,都有一个端口。比如DNS的53端口,http的80端口。我们能由DNS请求到查询信息,是因为DNS服务器时时刻刻都在监听53端口,当收到我们的查询请求以后,就能够返回我们想要的IP信息。
套接字之间的连接过程分为三个步骤:
- (1)服务器监听:
服务端利用Socket监听端口
服务器端套接字并不定位具体的客户端套接字,而是处于等待连接的状态,实时监控网络状态,等待客户端的连接请求。
- (2)客户端请求:
客户端发起连接
指客户端的套接字提出连接请求,要连接的目标是服务器端的套接字。为此,客户端的套接字必须首先描述它要连接的服务器的套接字,指出服务器端套接字的地址和端口号,然后就向服务器端套接字提出连接请求。
- (3)连接确认:
服务端返回信息,建立连接,开始通信
当服务器端套接字监听到或者说接收到客户端套接字的连接请求时,就响应客户端套接字的请求,建立一个新的线程,把服务器端套接字的描述发给客户端,一旦客户端确认了此描述,双方就正式建立连接。而服务器端套接字继续处于监听状态,继续接收其他客户端套接字的连接请求。
- 断开:
客户端,服务端断开连接
SOCKET连接与TCP连接
创建Socket连接时,可以指定使用的传输层协议,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;当使用UDP协议进行连接时,该Socket连接就是一个UDP连接。
常用的Socket类型有两种:流式Socket(SOCK_STREAM)
和数据报式Socket(SOCK_DGRAM)
- 流式是一种面向连接的Socket,针对于面向连接的TCP服务应用;
- 数据报式Socket是一种无连接的Socket,对应于无连接的UDP服务应用。
SOCKET连接与HTTP连接
- Socket连接
由于通常情况下Socket连接就是TCP连接,因此Socket连接一旦建立,通信双方即可开始相互发送数据内容,直到双方连接断开。
但在实际网络应用中,客户端到服务器之间的通信往往需要穿越多个中间节点,例如路由器、网关、防火墙等,大部分防火墙默认会关闭长时间处于非活跃状态的连接而导致Socket连接断连,因此需要通过轮询告诉网络,该连接处于活跃状态。
- HTTP连接
而HTTP连接使用的是“请求—响应”的方式,不仅在请求时需要先建立连接,而且需要客户端向服务器发出请求后,服务器端才能回复数据。
很多情况下,需要服务器端主动向客户端推送数据,保持客户端与服务器数据的实时与同步。此时若双方建立的是Socket连接,服务器就可以直接将数据传送给客户端;若双方建立的是HTTP连接,则服务器需要等到客户端发送一次请求后才能将数据传回给客户端,因此,客户端定时向服务器端发送连接请求,不仅可以保持在线,同时也是在“询问”服务器是否有新的数据,如果有就将数据传给客户端。
Server-Client模型程序的开发原理
- 服务器,使用ServerSocket监听指定的端口,端口可以随意指定(由于1024以下的端口通常属于保留端口,在一些操作系统中不可以随意使用,所以建议使用大于1024的端口),等待客户连接请求,客户连接后,会话产生;在完成会话后,关闭连接。
- 客户端,使用Socket对网络上某一个服务器的某一个端口发出连接请求,一旦连接成功,打开会话;会话完成后,关闭Socket。客户端不需要指定打开的端口,通常临时的、动态的分配一个1024以上的端口。
socket使用
socket使用的库函数
- 1.创建套接字
- Socket(af,type,protocol)//建立地址和套接字的联系
- bind(sockid, local addr, addrlen)//服务器端侦听客户端的请求
- listen( Sockid ,quenlen)// 建立服务器/客户端的连接 (面向连接TCP)
- 2.客户端请求连接
- Connect(sockid, destaddr, addrlen)//服务器端等待从编号为Sockid的Socket上接收客户连接请求
- newsockid=accept(Sockid,Clientaddr, paddrlen)//发送/接收数据
- 3.面向连接:
- send(sockid, buff, bufflen)
- recv()
- 4.面向无连接:
- sendto(sockid,buff,…,addrlen)
- recvfrom()
- 5.释放套接字
- close(socked)
客户端代码
//需要导入<arpa inet.h="">,<netdb.h>
- (void)test
{
NSString * host =@"123.33.33.1";
NSNumber * port = @1233;
// 创建 socket
int socketFileDescriptor = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (-1 == socketFileDescriptor) {
NSLog(@"创建失败");
return;
}
// 获取 IP 地址
struct hostent * remoteHostEnt = gethostbyname([host UTF8String]);
if (NULL == remoteHostEnt) {
close(socketFileDescriptor);
NSLog(@"%@",@"无法解析服务器的主机名");
return;
}
struct in_addr * remoteInAddr = (struct in_addr *)remoteHostEnt->h_addr_list[0];
// 设置 socket 参数
struct sockaddr_in socketParameters;
socketParameters.sin_family = AF_INET;
socketParameters.sin_addr = *remoteInAddr;
socketParameters.sin_port = htons([port intValue]);
// 连接 socket
int ret = connect(socketFileDescriptor, (struct sockaddr *) &socketParameters, sizeof(socketParameters));
if (-1 == ret) {
close(socketFileDescriptor);
NSLog(@"连接失败");
return;
}
NSLog(@"连接成功");
}</netdb.h></arpa>
因为是C语言的,所以看起来不是很方便,一般开发中都会使用比较简单的方法:
CocoaAsyncSocket
iOS Socket开发
在iOS中以NSStream(流)来发送和接收数据,可以设置流的代理,对流状态的变化做出相应的动作(连接建立,接收到数据,连接关闭)。
- NSStream:数据流的父类,用于定义抽象特性,例如:打开、关闭代理,NSStream继承自CFStream(CoreFoundation)
- NSInputStream:NSStream的子类,用于读取输入
- NSOutputStream:NSSTream的子类,用于写输出。
iOS的socket实现是特别简单的,可以使用用github的开源类库CocoaAsyncSocket简化开发,CocoaAsyncSocket是支持tcp和udp的
示例 CocoaAsyncSocket
- CocoaPods
pod 'CocoaAsyncSocket'
- 单例
MSSocket.h
#import <Foundation/Foundation.h>
#import <GCDAsyncSocket.h>
@interface MSSocket : NSObject
@property (nonatomic, strong) GCDAsyncSocket *msSocket;
// 创建一个单例
+ (MSSocket *)defaultSocket;
@end
MSSocket.m
#import "MSSocket.h"
@implementation MSSocket
+ (MSSocket *)defaultSocket
{
static MSSocket *socket = nil;
static dispatch_once_t onceToken;
dispatch_once(&onceToken, ^{
socket = [[self alloc] init];
});
return socket;
}
@end
- 服务器端代码
ServerVC.h
#import <UIKit/UIKit.h>
#import "MSSocket.h"
@interface ServerVC : UIViewController<GCDAsyncSocketDelegate>
@property (weak, nonatomic) IBOutlet UITextField *portTF; // 端口号
@property (weak, nonatomic) IBOutlet UITextField *content;
@property (weak, nonatomic) IBOutlet UITextView *message;
@property (nonatomic, strong) GCDAsyncSocket *clientSocket; // 为客户端生成的socket
@property (nonatomic, strong) GCDAsyncSocket *serverSocket; // 服务器socket
@end
ServerVC.m
#import "ServerVC.h"
@interface ServerVC ()
@end
@implementation ServerVC
#pragma mark - VIEW LIFE CYCLE
- (void)viewDidLoad
{
[super viewDidLoad];
}
#pragma mark - ACTIONS
/**
监听
@param sender 监听按钮
*/
- (IBAction)listen:(id)sender
{
// 1. 创建服务器socket
self.serverSocket = [[GCDAsyncSocket alloc] initWithDelegate:self delegateQueue:dispatch_get_main_queue()];
// 2. 开放哪些端口
NSError *error = nil;
BOOL result = [self.serverSocket acceptOnPort:self.portTF.text.integerValue error:&error];
// 3. 判断端口号是否开放成功
if (result) {
[self addText:@"端口开放成功"];
} else {
[self addText:@"端口开放失败"];
}
}
// textView填写内容
- (void)addText:(NSString *)text
{
self.message.text = [self.message.text stringByAppendingFormat:@"%@\n", text];
}
/**
发送消息
@param sender 发送按钮
*/
- (IBAction)sendMessage:(id)sender
{
NSData *data = [self.content.text dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];
[self.clientSocket writeData:data withTimeout:-1 tag:0];
MSSocket *socket = [MSSocket defaultSocket];
[socket.mySocket readDataWithTimeout:-1 tag:0];
}
/**
接收数据
@param sender 接收
*/
- (IBAction)receiveMessage:(id)sender
{
[self.clientSocket readDataWithTimeout:-1 tag:0];
}
#pragma mark - GCDAsyncSocketDelegate
/**
当客户端链接服务器端的socket, 为客户端单独生成一个socket
@param sock socket
@param newSocket 为客户端单生成一个新socket
*/
- (void)socket:(GCDAsyncSocket *)sock didAcceptNewSocket:(GCDAsyncSocket *)newSocket
{
[self addText:@"链接成功"];
// IP: newSocket.connectedHost
// 端口号: newSocket.connectedPort
[self addText:[NSString stringWithFormat:@"链接地址:%@", newSocket.connectedHost]];
[self addText:[NSString stringWithFormat:@"端口号:%hu", newSocket.connectedPort]];
// short: %hd
// unsigned short: %hu
// 存储新的端口号
self.clientSocket = newSocket;
}
/**
读取数据
@param sock socket
@param data 接收到的数据
@param tag tag
*/
- (void)socket:(GCDAsyncSocket *)sock didReadData:(NSData *)data withTag:(long)tag
{
NSString *message = [[NSString alloc] initWithData:data encoding:NSUTF8StringEncoding];
[self addText:message];
}
- (void)didReceiveMemoryWarning
{
[super didReceiveMemoryWarning];
}
@end
- 客户端代码
ClientVC.h
#import <UIKit/UIKit.h>
#import "MSSocket.h"
@interface ClientVC : UIViewController<GCDAsyncSocketDelegate>
@property (weak, nonatomic) IBOutlet UITextField *addressTF;
@property (weak, nonatomic) IBOutlet UITextField *portTF;
@property (weak, nonatomic) IBOutlet UITextField *message;
@property (weak, nonatomic) IBOutlet UITextView *content;
@property (nonatomic, strong) GCDAsyncSocket *socket;
@end
ClientVC.m
#import "ClientVC.h"
@implementation ClientVC
#pragma mark - VIEW LIFE CYCLE
- (void)viewDidLoad
{
[super viewDidLoad];
}
#pragma mark - ACTIONS
/**
和服务器进行链接
@discussion 与服务器通过三次握手建立连接
@param sender 连接按钮
*/
- (IBAction)connect:(UIButton *)sender
{
// 1. 创建一个socket对象
self.socket = [[GCDAsyncSocket alloc] initWithDelegate:self delegateQueue:dispatch_get_main_queue()];
// 2. 与服务器的socket链接起来
NSError *error = nil;
BOOL result = [self.socket connectToHost:self.addressTF.text onPort:self.portTF.text.integerValue error:&error];
// 3. 判断链接是否成功
if (result) {
[self addText:@"客户端链接服务器成功"];
} else {
[self addText:[NSString stringWithFormat:@"客户端链接服务器失败:%@", error]];
}
}
/**
接收数据
@param sender 接收按钮
*/
- (IBAction)receiveMassage:(UIButton *)sender
{
[self.socket readDataWithTimeout:-1 tag:0];
}
/**
发送消息
@param sender 发送按钮
*/
- (IBAction)sendMassage:(UIButton *)sender
{
[self.socket writeData:[self.message.text dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding] withTimeout:-1 tag:0];
}
/**
内容区显示消息
@param text 内容
*/
- (void)addText:(NSString *)text
{
self.content.text = [self.content.text stringByAppendingFormat:@"%@\n", text];
}
#pragma mark - GCDAsyncSocketDelegate
/**
连接成功
@discussion 客户端链接服务器端成功, 客户端获取地址和端口号
@param sock socket
@param host IP
@param port 端口号
*/
- (void)socket:(GCDAsyncSocket *)sock didConnectToHost:(NSString *)host port:(uint16_t)port
{
NSLog(@"%s",__func__);
[self addText:[NSString stringWithFormat:@"链接服务器%@", host]];
MSSocket *socket = [MSSocket defaultSocket];
socket.mySocket = self.socket;
}
/**
断开连接
@param sock socket
@param err 错误信息
*/
- (void)socketDidDisconnect:(GCDAsyncSocket *)sock withError:(NSError *)err
{
if (err) {
NSLog(@"连接失败");
}else{
NSLog(@"正常断开");
}
}
/**
读取数据
@discussion 客户端已经获取到内容
@param sock socket
@param data 数据
@param tag tag
*/
- (void)socket:(GCDAsyncSocket *)sock didReadData:(NSData *)data withTag:(long)tag
{
NSString *content = [[NSString alloc] initWithData:data encoding:NSUTF8StringEncoding];
[self addText:content];
}
/**
数据发送成功
@param sock socket
@param tag tag
*/
- (void)socket:(GCDAsyncSocket *)sock didWriteDataWithTag:(long)tag
{
NSLog(@"%s",__func__);
//发送完数据手动读取,-1不设置超时
[sock readDataWithTimeout:-1 tag:tag];
}
- (void)didReceiveMemoryWarning
{
[super didReceiveMemoryWarning];
}
@end
-
演示图
演示图
iOS Socket使用总结
如果需要在项目中像QQ微信一样做到即时通讯,必须使用socket通讯。
ios原生的socket用起来不是很直观,所以一般使用AsyncSocket第三方库,其对socket的封装比较好。
即时通讯最大的特点就是实时性,基本感觉不到延时或是掉线,所以必须对socket的连接进行监视与检测,在断线时进行重新连接,如果用户退出登录,要将socket手动关闭,否则对服务器会造成一定的负荷。
一般来说,一个用户(对于iOS来说也就是我们的项目中)只能有一个正在连接的socket,所以这个socket变量必须是全局的,这里可以考虑使用单例或是AppDelegate进行数据共享,本文使用单例。如果对一个已经连接的socket对象再次进行连接操作,会抛出异常(不可对已经连接的socket进行连接)程序崩溃,所以在连接socket之前要对socket对象的连接状态进行判断
使用socket进行即时通讯还有一个必须的操作,即对服务器发送心跳包,每隔一段时间对服务器发送长连接指令(指令不唯一,由服务器端指定,包括使用socket发送消息,发送的数据和格式都是由服务器指定),如果没有收到服务器的返回消息,AsyncSocket会得到失去连接的消息,我们可以在失去连接的回调方法里进行重新连接。
来源:网络整理 => 阅读原文
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