參考自：/content/3615335.html(吳秦)
1、Socket 簡介
本地的進程間通信（IPC）有多種方法：
1）消息傳遞（PIPE、FIFO、消息隊列等）
2）同步（互斥量、條件變量、讀寫鎖、記錄鎖、信號量等）
3）共享內存（匿名的和具名的）
4）遠程過程調用（Solaris門和Sun RPC）
在本地可以通過進程 PID 來標識一個進程，但是在網絡中這是行不通的。其實 TCP/IP 協議族已經幫我們解決了這個問題，網絡層的 “ip地址” 可以唯一標識網絡中的主機，而傳輸層的 “協議+端口” 可以唯一標識主機中的應用程序（進程）。這樣利用三元組（ip地址，協議，端口）就可以標識網絡的進程了，網絡中的進程通信就可以利用這個標志與其它進程進行交互。
就目前而言，幾乎所有的應用程序都是采用 socket 進行網絡編程。
自學的過程中發現這個在線課堂，還不錯～
http://www.hubwiz.com/course/56f9ee765fd193d76fcc6c17/（匯智網《Linux網絡編程入門》）
2、Socket基本操作
socket是 “open—write/read—close” 模式的一種實現，那麼socket就提供了這些操作對應的函數接口。下面以TCP為例，介紹幾個基本的socket接口函數。
2.1 socket()
#include<sys/socket.h>
int socket(int domain, int type, int protocol);
socket() 函數對應於普通文件的打開操作。普通文件的打開操作返回一個文件描述符，而 socket() 用於創建一個 socket 描述符（socket descriptor），它唯一標識一個socket。socket 函數的三個參數分別為：
1）domain：即協議域，又稱為協議族（Address Family）。常用的協議族有，AF_INET、AF_INET6、AF_LOCAL（或稱AF_UNIX，Unix域socket）、AF_ROUTE等等。協議族決定了socket的地址類型，在通信中必須采用對應的地址，如
AF_INET 決定了要用 ipv4 地址（32位的）與端口號（16位的）的組合、AF_UNIX 決定了要用一個絕對路徑名作為地址。
2）type：指定socket類型。常用的socket類型有：SOCK_STREAM(流服務，適用TCP協議)、SOCK_DGRAM(數據包服務，使用UDP協議)、SOCK_RAW、SOCK_PACKET、SOCK_SEQPACKET 等等。
3）protocol：故名思意，就是指定協議。常用的協議有，IPPROTO_TCP、IPPROTO_UDP、IPPROTO_SCTP、IPPROTO_TIPC等，它們分別對應
TCP傳輸協議、UDP傳輸協議、SCTP傳輸協議、TIPC傳輸協議。
注意：並不是上面的 type 和 protocol 可以隨意組合的，如 SOCK_STREAM 不可以跟 IPPROTO_UDP 組合。當protocol為0時，會自動選擇type類型對應的默認協議。函數執行成功返回一個socket文件描述符，失敗返回-1
當我們調用socket創建一個socket時，返回的socket描述符存在於協議族（address family，AF_XXX）空間中，但沒有一個具體的地址。如果想要給它賦值一個地址，就必須調用bind()函數，否則就當調用connect()、listen()時系統會自動隨機分配一個端口。
2.2 bind()
正如上面所說， bind() 函數把一個地址族中的特定地址賦給socket。例如對應AF_INET、AF_INET6 就是把一個
ipv4 或 ipv6 地址和端口號組合賦給socket。
#include<sys/socket.h>
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
函數的三個參數分別為：
1）sockfd：即socket描述符，它通過socket()函數創建，標識唯一的socket。bind()函數就是給這個描述符綁定一個地址。
2) addr：一個const struct sockaddr *指針，指向要綁定給 sockfd 的協議地址。這個地址結構根據地址創建socket時的地址協議族的不同而不同。
ipv4對應的是：
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對應的是：
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域對應的是：
#define UNIX_PATH_MAX 108
struct sockaddr_un {
sa_family_t sun_family; /* AF_UNIX */
char sun_path[UNIX_PATH_MAX]; /* pathname */
};3）addrlen：對應的是地址的長度。
函數執行成功返回0，失敗返回-1。
通常服務器在啟動的時候都會綁定一個眾所周知的地址（如ip地址+端口號），用於提供服務，客戶就可以通過它來接連服務器；而客戶端就不用指定，由系統自動分配一個端口號和自身的ip地址組合。這就是為什麼通常服務器端在listen之前會調用bind()，而客戶端就不會調用，而是在connect()時由系統隨機生成一個。
2.3 listen()、connect()
作為一個服務器，在調用socket()、bind()之後就會調用listen()來監聽這個socket，如果客戶端這時調用connect()發出連接請求，服務器端就會接收到這個請求。
int listen(int sockfd, int backlog);
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
listen() 函數的第一個參數即為要監聽的 socket 描述符，第二個參數為相應 socket 監聽隊列的最大長度。socket()函數創建的socket默認是一個主動類型的，listen() 函數將socket變為被動類型的，等待客戶的連接請求。listen() 函數創建一個監聽隊列以存放待處理的客戶連接，將套接字sockfd指定為被監聽的socket，其中backlog一般取值為5。
connect() 函數的第一個參數即為客戶端的 socket 描述符，第二參數為服務器的socket地址，第三個參數為socket地址的長度。客戶端通過調用 connect() 函數來建立與 TCP 服務器的連接，如果連接成功後，其第一個參數sockfd就唯一標示這個連接。函數執行成功返回0，失敗返回-1。
2.4 accept()
TCP服務器端依次調用socket()、bind()、listen()之後，就會監聽指定的socket地址了。TCP客戶端依次調用socket()、connect()之後就想TCP服務器發送了一個連接請求。TCP服務器監聽到這個請求之後，就會調用accept()函數取接收請求，這樣連接就建立好了。之後就可以開始網絡I/O操作了，即類同於普通文件的讀寫I/O操作。
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
accept() 函數的第一個參數為服務器的 socket描述符，第二個參數為指向struct sockaddr *的指針，用於返回客戶端的協議地址，第三個參數為協議地址的長度。如果 accpet 成功，那麼其返回值是由內核自動生成的一個全新的描述字，代表與返回客戶的TCP連接。
注意：accept() 的第一個參數為服務器的socket描述符，是服務器開始調用socket()函數生成的，稱為監聽socket描述符；而accept函數返回的是已連接的socket描述符。一個服務器通常通常僅僅只創建一個監聽socket描述符，它在該服務器的生命周期內一直存在。內核為每個由服務器進程接受的客戶連接創建了一個已連接socket描述符，當服務器完成了對某個客戶的服務，相應的已連接socket描述符就被關閉。
2.5 read()、write()
至此服務器與客戶已經建立好連接了。可以調用網絡I/O進行讀寫操作了，即實現網絡中不同進程之間的通信。網絡I/O操作有下面幾組：
1）read()/write()
2）recv()/send()
3）readv()/writev()
4）recvmsg()/sendmsg()
5）recvfrom()/sendto()
2.6 close()
在服務器與客戶端建立連接之後，會進行一些讀寫操作，完成了讀寫操作就要關閉相應的socket描述符，好比操作完打開的文件要調用fclose關閉打開的文件。
int close(int fd);
close一個TCP socket的缺省行為是把該socket標記為已關閉，然後立即返回到調用進程。該描述符不能再由調用進程使用，也就是說不能再作為read或write的第一個參數。
注意：close操作只是使相應socket描述符的引用計數-1，只有當引用計數為0的時候，才會觸發TCP客戶端向服務器發送終止連接請求。
3、C/S模型
C/S模型(即client/server, 客戶端/服務端模型)，是最經典的服務器模型，使用TCP連接，模型如下圖所示。 TCP/IP協議在設計和實現並沒有區分客戶端和服務端，通信雙方其實地位相同，但是因為很多數據（比如新聞、音樂、視頻）均由公司集中提供，比如我們看視頻的時候，服務端負責提供相關視頻資源，因此有了客戶端和服務端之分，很多客戶端可以訪問服務端以獲取資源。
采用C/S模型的TCP客戶端和TCP服務器工作流程，如下圖所示：
服務端工作流程如下：
1）調用socket函數創建套接字(socket)。
2）調用bind函數給創建的套接字，分配IP地址和端口(bind)。
3）調用listen函數進行監聽，等待客戶端連接(listen)。
4）等待客戶請求到來: 當請求到來後，調用accept函數接受連接請求，返回一個對應於此次連接的新的套接字，做好相互通信准備（accept）。
5）調用write/read或send/recv進行數據的讀寫，通過accept返回的套接字和客戶端進行通信.
6）關閉socket(close)。
客戶端工作流程如下：
1）調用socket函數創建套接字(socket)。
2）調用connect函數連接服務端(connect)。
3）調用write/read或send/recv進行數據的讀寫。
4）關閉socket(close)。
4、TCP三次握手
“三次握手”大致流程如下：
1）客戶端向服務器發送一個SYN J；
2）服務器向客戶端響應一個ACK J + 1，並發送一個 SYN K；
3）客戶端再向服務器發一個確認ACK K+1。
如下圖：
從圖中可以看出，當客戶端調用connect時，觸發了連接請求，向服務器發送了SYN J包，這時connect進入阻塞狀態；服務器監聽到連接請求，即收到SYN J包，調用accept函數接收請求向客戶端發送SYN K ，ACK J+1，這時accept進入阻塞狀態；客戶端收到服務器的SYN K ，ACK J+1之後，這時connect返回，並對SYN K進行確認；服務器收到ACK K+1時，accept返回，至此三次握手完畢，連接建立。
總結：客戶端的connect在三次握手的第二個次返回，而服務器端的accept在三次握手的第三次返回。
5、TCP四次揮手
Socket中的四次握手釋放連接的過程，請看下圖：
某個應用進程首先調用close主動關閉連接，這時TCP發送一個FIN M；另一端接收到FIN M之後，執行被動關閉，對這個FIN進行確認。它的接收也作為文件結束符傳遞給應用進程，因為FIN的接收意味著應用進程在相應的連接上再也接收不到額外數據；一段時間之後，接收到文件結束符的應用進程調用close關閉它的socket。這導致它的TCP也發送一個FIN N；接收到這個FIN的源發送端TCP對它進行確認。
6、動動手
下面編寫一個簡單的服務器、客戶端（使用TCP）——服務器端一直監聽本機的7777號端口，如果收到連接請求，將接收請求並接收客戶端發來的消息；客戶端與服務器端建立連接並發送一條消息。
服務器：
#include <cstdio>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <cstring>
#include <cassert>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
const int BUFFER_SIZE = 4096;
const int SERVER_PORT = 7777;
int main()
{
int server_socket;
char buff[BUFFER_SIZE];
int n;
server_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
assert(server_socket != -1);
struct sockaddr_in server_addr;
memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));
server_addr.sin_family = AF_INET;
server_addr.sin_port = htons(SERVER_PORT);
server_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
assert(bind(server_socket, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)) != -1);
assert(listen(server_socket, 5) != -1);
struct sockaddr_in client_addr;
socklen_t client_addr_len = sizeof(client_addr);
while(1)
{
printf("waiting...\n");
int connfd = accept(server_socket, (struct sockaddr*)&client_addr, &client_addr_len);
printf("here\n");
if(connfd == -1)
continue;
n = recv(connfd, buff, BUFFER_SIZE, 0);
buff
= '\n';
printf("recv msg from client: %s\n", buff);
close(connfd);
}
close(server_socket);
return 0;
}客戶端：
#include <cstdio>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <cstring>
#include <cassert>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
const int BUFFER_SIZE = 4096;
const int SERVER_PORT = 7777;
int main()
{
int client_socket;
const char *server_ip = "127.0.0.1";
char buff[BUFFER_SIZE] = "I'm from client!\n";
client_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
assert(client_socket != -1);
struct sockaddr_in server_addr;
memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));
server_addr.sin_family = AF_INET;
server_addr.sin_port = htons(SERVER_PORT);
server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(server_ip);
assert(connect(client_socket, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)) != -1);
assert(send(client_socket, buff, strlen(buff), 0) != -1);
close(client_socket);
return 0;
}
