Socket通信入门
Socket(套接字)概念
本地间进程以PID作为唯一标示，网络间进程则以IP地址+端口号作为唯一标示，而这个功能是由TCP/IP协议提供的，而Socket通信则是TCP/IP协议的API封装。
Socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层，它是一组接口，我们使用Socket来组织数据，以符合指定的协议
Socket起源于Unix，而Unix/Linux的基本哲学之一就是一切皆文件。所有文件都可以用“open->write/read->close“模式来操作。而Socket也是基于这样的思想，即一种特殊的文件。而Socket函数则提供了对Socket文件的操作能力(读/写IO、打开、关闭)。
连接过程
根据连接启动的方式以及本地要连接的目标，Socket之间的连接过程可以分为三个步骤：服务器监听，客户端请求，连接确认。
（1）服务器监听：服务器端Socket时刻处于等待连接的状态，实时监控网络状态。
（2）客户端请求：客户端Socket向服务器Socket提出连接请求。客户端Socket以IP地址+端口号的形式确认服务器端Socket，然后就向服务器端套接字提出连接请求。
（3）连接确认：服务器端Socket接收到客户端Socket的连接请求，就响应。建立一个新的线程，把服务器端Socket的描述发给客户端，一旦客户端确认了此描述，便建立连接。而服务器端Socket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。
Socket函数
Socket()
1 | int socket(int domain, int type, int protocol); |
Socket函数对应于普通文件的打开操作。普通文件打开操作返回一个文件描述字，而Socket()函数返回一个Socket描述符，唯一标识一个Socket。后续操作则通过描述符来定位Socket。
参数说明：
domain：协议域，又称协议族（family）。常用的协议族有AF_INET、AF_INET6、AF_LOCAL（或称AF_UNIX，Unix域Socket）、AF_ROUTE等。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。流式Socket（SOCK_STREAM）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（SOCK_DGRAM）是一种无连接的Socket，对应于无连接的UDP服务应用。
protocol：指定协议。常用协议有IPPROTO_TCP、IPPROTO_UDP、IPPROTO_STCP、IPPROTO_TIPC等，分别对应TCP传输协议、UDP传输协议、STCP传输协议、TIPC传输协议。
注意：
- type和protocol不可以随意组合，如SOCK_STREAM不可以跟IPPROTO_UDP组合。当第三个参数为0时，会自动选择第二个参数类型对应的默认协议。
- WindowsSocket下protocol参数中不存在IPPROTO_STCP
返回值：
成功:返回Socket描述符。失败：返回INVALID_SOCKET(Linux下失败返回-1)。Socket描述符是一个整数型的值。以类似MAP的key-value映射。每一个Socket描述符对应一个Socket数据结构。每个进程都有一个Socket描述符表且存放在操作系统的内核中。
Bind()
1 | int bind(SOCKET socket, const struct sockaddr* address, socklen_t address_len); |
Bind函数，当我们调用Socket创建一个socket时，返回的socket没有一个具体的地址。通过**bind()**赋值一个地址。否则当调用connect(),listen()时系统会自动随机分配一个端口。
参数说明：
socket：由socket函数创建的Socket描述符。
address :是一个sockaddr结构指针，该结构中包含了要结合的地址和端口号。
address_len：确定address缓冲区的长度。
返回值：
如果函数执行成功，返回值为0，否则为SOCKET_ERROR。
服务器服务在创建时，需要绑定一个端口地址，因此会在socket()后执行bind()函数。而客户端就不会调用，而是在connect()时由系统随机生成一个。
listen() connect()
1 | int listen(int socket, int backlog);//服务器 |
服务器端选择socket来启用listen()函数监听请求。客户端使用connect()函数连接服务器端。
参数说明：
socket：由socket函数创建的Socket描述符。
backlog: socket允许的最大连接个数
addr:服务器的socket地址
addrlen ：socket地址的长度
accept()
1 | int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen); |
TCP服务器端依次调用**socket()、bind()、listen()**之后，就会监听指定的socket地址了。
TCP客户端依次调用**socket()、connect()之后就想TCP服务器发送了一个连接请求。TCP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。
参数说明：
socket：服务器的Socket描述符。
addr:客户端的Socket地址
addrlen ：socket地址的长度
返回值:
若建立连接成功则返回一个全新的描述字，用于描述本次Socket连接。
read()、write()
- read()/write()
- recv()/send()
- readv()/writev()
- recvmsg()/sendmsg()
- recvfrom()/sendto()
read函数是负责从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()
1 | int close(int fd); |
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。
TCP/IP 三握四挥
三次握手是因为三次，是确保一次可靠连接的最低过程。即ack与syn同时发送。而四次挥手ACK跟SYN分开发送是因为要确认应用层不在有数据需要发送，只有确认没有数据发送时，才会发送最后一个ACK。
当然四次挥手也可以改成三次挥手，即将ACK和SYN在同一报文里发送，这就是延迟确认优化。