套接字

简介

Socket最早是应用于ＵＮＩＸ系统的一种通信模式UNIX系统下的所有操作均是面向文件的即Socket的通信模式也是基于文件操作的ꎮ客户端和服务端均对一个文件完成“打开－读/写－关闭”的操作通过此文件传输信息完成通信。7

套接字是通信的基石，是支持TCP/IP协议的网络通信的基本操作单元。可以将套接字看作不同主机间的进程进行双间通信的端点，它构成了单个主机内及整个网络间的编程界面。套接字存在于通信域中，通信域是为了处理一般的线程通过套接字通信而引进的一种抽象概念。套接字通常和同一个域中的套接字交换数据(数据交换也可能穿越域的界限，但这时一定要执行某种解释程序)，各种进程使用这个相同的域互相之间用Internet协议簇来进行通信3。

Socket（套接字）可以看成是两个网络应用程序进行通信时，各自通信连接中的端点，这是一个逻辑上的概念。它是网络环境中进程间通信的API（应用程序编程接口），也是可以被命名和寻址的通信端点，使用中的每一个套接字都有其类型和一个与之相连进程。通信时其中一个网络应用程序将要传输的一段信息写入它所在主机的 Socket中，该 Socket通过与网络接口卡(NIC)相连的传输介质将这段信息送到另外一台主机的 Socket中，使对方能够接收到这段信息。 Socket是由IP地址和端口结合的，提供向应用层进程传送数据包的机制2。

Socket是面向客户/服务器模型而设计的。通信的一方扮演客户机的角色，另一方扮演服务器的角色。服务器在运行中一直监听套接字指定的传输层端口，并等待着客户机的连接请求。当服务器端收到客户机发来的连接请求以后，服务器会接受客户机的连接请求，双方建立连接后，就可进行数据的传递。6

表示方法

套接字包括 IP 地址和端口号两个部分。通过网络通信的每对进程需要使用一对套接字。不同的进程之间的通信所使用的套接字是不一样的，套接字可以用来区分不同的进程之间的数据传输。套接字主要有目标IP、传输层使用的传输协议、传输层使用的端口号这3个重要参数。6

套接字Socket=（IP地址：端口号），套接字的表示方法是点分十进制的lP地址后面写上端口号，中间用冒号或逗号隔开。每一个传输层连接唯一地被通信两端的两个端点（即两个套接字）所确定。例如：如果IP地址是210.37.145.1，而端口号是23，那么得到套接字就是(210.37.145.1:23)4。

主要类型

Socket处于网络协议的传输层套接字可以分为流套接字、数据报套接字和原始套接字3种不同的类型。6

1.流套接字(SOCK_STREAM)

流套接字用于提供面向连接、可靠的数据传输服务。该服务将保证数据能够实现无差错、无重复送，并按顺序接收。流套接字之所以能够实现可靠的数据服务，原因在于其使用了传输控制协议，即TCP(The Transmission Control Protocol)协议3。

2.数据报套接字(SOCK_DGRAM)

数据报套接字提供一种无连接、不可靠的服务。该服务并不能保证数据传输的可靠性,数据有可能在传输过程中丢失或出现数据重复，且无法保证顺序地接收到数据。数据报套接字使用UDP( User DatagramProtocol)协议进行数据的传输。由于数据报套接字不能保证数据传输的可靠性，对于有可能出现的数据丢失情况，需要在程序中做相应的处理3。

3.原始套接字(SOCK_RAW)

原始套接字与标准套接字(标准套接字指的是前面介绍的流套接字和数据报套接字)的区别在于：原始套接字可以读写内核没有处理的IP数据包，而流套接字只能读取TCP协议的数据，数据报套接字只能读取UDP协议的数据。因此，如果要访问其他协议发送的数据必须使用原始套接3。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。6

工作流程

要通过互联网进行通信，至少需要一对套接字，其中一个运行于客户端，称之为 Client Socket，另一个运行于服务器端，称之为 Server Socket3。

根据连接启动的方式以及本地套接字要连接的目标，套接字之间的连接过程可以分为三个步骤3：

(1)服务器监听。

(2)客户端请求。

(3)连接确认3。

1.服务器监听

所谓服务器监听，是指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3。

2.客户端请求

所谓客户端请求，是指由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，然后就向服务器端接字提出连接请求3。

3.连接确认

所谓连接确认，是指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，就会响应客户端套接字的请求，建立一个新的线程，并把服务器端套接字的描述发送给客户端。一旦客户端确认了此描述，连接就建立好了。而服务器端套接字继续处于监听状态，接收其他客户端套接字的连接请求3。

主要特点

根据套接字的不同类型，可以将套接字调用分为面向连接服务和无连接服务5。

面向连接服务的主要特点如下：

(1)数据传输过程必须经过建立连接、维护连接和释放连接3个阶段5；

(2)在传输过程中，各分组不需要携带目的主机的地址5；

(3)可靠性好，但由于协议复杂，通信效率不高5。

面向无连接服务的主要特点如下：

(1)不需要连接的各个阶段5；

(2)每个分组都携带完整的目的主机地址，在系统中独立传送5；

(3)由于没有顺序控制，所以接收方的分组可能出现乱序、重复和丢失现象5；

(4)通信效率高，但可靠性不能确保5。

套接字的引入

为了更方便地开发网络应用程序，美国伯克利大学在UNIX上推出了一种应用程序访问通信协议的操作系统调用接字(Socket)。 Socket的出现，使得程序员可以很方便地访问 TCPIP，从而开发各种网络应用程序。后来套接字被引进到 Windows等操作系统，成为开发网络应用程序的有效工具3。

套接字存在于通信区域，通信区域也被称为地址族，主要用于将通过套接字通信的进程的公有特性综合在一起。套接字通常只与同一区域的套接字交换数据。Windows Socket只支持一个通信区域——AF_INET国际网区域，使用网际协议族通信的进程使用该域3。