iOS开发之Socket编程

时间  2019-12-01
标签 ios 开发 socket 编程 栏目 iOS 繁體版
原文   原文链接

网络中的进程是经过socket来通讯的，那什么是socket呢？socket起源于Unix，而Unix/Linux基本哲学之一就是“一切皆文件”，均可以用“打开open –> 读写write/read –> 关闭close”模式来操做。个人理解就是Socket就是该模式的一个实现，socket便是一种特殊的文件，一些socket函数就是对其进行的操做（读/写IO、打开、关闭），这些函数咱们在后面进行介绍。

1、网络各个协议：TCP/IP、SOCKET、HTTP等

网络七层由下往上分别为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。linux

其中物理层、数据链路层和网络层一般被称做媒体层，是网络工程师所研究的对象；服务器

传输层、会话层、表示层和应用层则被称做主机层，是用户所面向和关心的内容。网络

http协议对应于应用层并发

tcp协议对应于传输层dom

ip协议对应于网络层socket

三者本质上没有可比性。  况且HTTP协议是基于TCP链接的。tcp

TCP/IP是传输层协议，主要解决数据如何在网络中传输；而HTTP是应用层协议，主要解决如何包装数据。函数

我 们在传输数据时，能够只使用传输层（TCP/IP），可是那样的话，因为没有应用层，便没法识别数据内容，若是想要使传输的数据有意义，则必须使用应用层 协议，应用层协议不少，有HTTP、FTP、TELNET等等，也能够本身定义应用层协议。WEB使用HTTP做传输层协议，以封装HTTP文本信息，然 后使用TCP/IP作传输层协议将它发送到网络上。Socket是对TCP/IP协议的封装，Socket自己并非协议，而是一个调用接口（API），经过Socket，咱们才能使用TCP/IP协议。ui

2、Http和Socket链接区别

相信很多初学手机联网开发的朋友都想知道Http与Socket链接究竟有什么区别，但愿经过本身的浅显理解能对初学者有所帮助。spa

2.一、TCP链接

要想明白Socket链接，先要明白TCP链接。手机可以使用联网功能是由于手机底层实现了TCP/IP协议，可使手机终端经过无线网络创建TCP链接。TCP协议能够对上层网络提供接口，使上层网络数据的传输创建在“无差异”的网络之上。

创建起一个TCP链接须要通过“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），同时本身也发送一个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。

握手过程当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链接一旦创建，在通讯双方中的任何一方主动关闭连

接以前，TCP链接都将被一直保持下去。断开链接时服务器和客户端都可以主动发起断开TCP链接的请求，断开过程须要通过“四次握手”

户端交互，最终肯定断开）

2.二、HTTP链接

HTTP协议即超文本传送协议(HypertextTransfer Protocol )，是Web联网的基础，也是手机联网经常使用的协议之一，HTTP协议是创建在TCP协议之上的一种应用。

HTTP链接最显著的特色是客户端发送的每次请求都须要服务器回送响应，在请求结束后，会主动释放链接。从创建链接到关闭链接的过程称为“一次链接”。

1）在HTTP 1.0中，客户端的每次请求都要求创建一次单独的链接，在处理完本次请求后，就自动释放链接。

2）在HTTP 1.1中则能够在一次链接中处理多个请求，而且多个请求能够重叠进行，不须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链接，所以HTTP链接是一种“短链接”，要保持客户端程序的在线状态，须要不断地向服务器发起链接请求。一般的

作法是即时不须要得到任何数据，客户端也保持每隔一段固定的时间向服务器发送一

次“保持链接”的请求，服务器在收到该请求后对客户端进行回复，代表知道客

户端“在线”。若服务器长时间没法收到客户端的请求，则认为客户端“下线”，若客户端长时间没法收到服务器的回复，则认为网络已经断开。

3、SOCKET原理

3.一、套接字（socket）概念

套接字（socket）是通讯的基石，是支持TCP/IP协议的网络通讯的基本操做单元。它是网络通讯过程当中端点的抽象表示，包含进行网络通讯必须的五种信息：链接使用的协议，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

用层经过传输层进行数据通讯时，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链接或多个应用程序进程可能须要经过同一个

TCP协议端口传输数据。为了区别不一样的应用程序进程和链接，许多计算机操做系统为应用程序与TCP／IP协议交互提供了套接字(Socket)接口。应

用层能够和传输层经过Socket接口，区分来自不一样应用程序进程或网络链接的通讯，实现数据传输的并发服务。

3.2 、创建socket链接

创建Socket链接至少须要一对套接字，其中一个运行于客户端，称为ClientSocket，另外一个运行于服务器端，称为ServerSocket。

套接字之间的链接过程分为三个步骤：服务器监听，客户端请求，链接确认。

服务器监听：服务器端套接字并不定位具体的客户端套接字，而是处于等待链接的状态，实时监控网络状态，等待客户端的链接请求。

客户端请求：指客户端的套接字提出链接请求，要链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链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，而后就向服务器端套接字提出链接请求。

连

接确认：当服务器端套接字监听到或者说接收到客户端套接字的链接请求时，就响应客户端套接字的请求，创建一个新的线程，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，双方就正式创建链接。而服务器端套接字继续处于监听状态，继续接收其余客户端套接字的链接请求。

 

3.三、SOCKET链接与TCP链接

建立Socket链接时，能够指定使用的传输层协议，Socket能够支持不一样的传输层协议（TCP或UDP），当使用TCP协议进行链接时，该Socket链接就是一个TCP链接。

3.四、Socket链接与HTTP链接

由

于一般状况下Socket链接就是TCP链接，所以Socket链接一旦创建，通讯双方便可开始相互发送数据内容，直到双方链接断开。但在实际网络应用

中，客户端到服务器之间的通讯每每须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链接而致使

Socket 链接断连，所以须要经过轮询告诉网络，该链接处于活跃状态。

而HTTP链接使用的是“请求—响应”的方式，不只在请求时须要先创建链接，并且须要客户端向服务器发出请求后，服务器端才能回复数据。

很

多状况下，须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。此时若双方创建的是Socket链接，服务器就能够直接将数据传送给

客户端；若双方创建的是HTTP链接，则服务器须要等到客户端发送一次请求后才能将数据传回给客户端，所以，客户端定时向服务器端发送链接请求，不只能够

 保持在线，同时也是在“询问”服务器是否有新的数据，若是有就将数据传给客户端。

3.四、Socket的基本操做

既然socket是“open—write/read—close”模式的一种实现，那么socket就提供了这些操做对应的函数接口。下面以TCP为例，介绍几个基本的socket接口函数。

3.4.一、socket()函数

int socket(int domain, int type, int protocol);

socket函数对应于普通文件的打开操做。普通文件的打开操做返回一个文件描述字，而socket()用于建立一个socket描述符（socket descriptor），它惟一标识一个socket。这个socket描述字跟文件描述字同样，后续的操做都有用到它，把它做为参数，经过它来进行一些读写操做。

正如能够给fopen的传入不一样参数值，以打开不一样的文件。建立socket的时候，也能够指定不一样的参数建立不一样的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）。经常使用的协议族有，AF_INET、AF_INET六、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，在通讯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做为地址。
  • type：指定socket类型。经常使用的socket类型有，SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW、SOCK_PACKET、SOCK_SEQPACKET等等（socket的类型有哪些？）。
  • protocol：故名思意，就是指定协议。经常使用的协议有，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：并非上面的type和protocol能够随意组合的，如SOCK_STREAM不能够跟IPPROTO_UDP组合。当protocol为0时，会自动选择type类型对应的默认协议。

当咱们调用socket建立一个socket时，返回的socket描述字它存在于协议族（address family，AF_XXX）空间中，但没有一个具体的地址。若是想要给它赋值一个地址，就必须调用bind()函数，不然就当调用connect()、listen()时系统会自动随机分配一个端口。

3.4.二、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。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。

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

函数的三个参数分别为：

  • sockfd：即socket描述字，它是经过socket()函数建立了，惟一标识一个socket。bind()函数就是将给这个描述字绑定一个名字。
  • 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建立socket时的地址协议族的不一样而不一样，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： 
    #define UNIX_PATH_MAX    108

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。

一般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，客户就能够经过它来接连服务器；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。这就是为何一般服务器端在listen以前会调用bind()，而客户端就不会调用，而是在connect()时由系统随机生成一个。

网络字节序与主机字节序

主机字节序就是咱们日常说的大端和小端模式：不一样的CPU有不一样的字节序类型，这些字节序是指整数在内存中保存的顺序，这个叫作主机序。引用标准的Big-Endian和Little-Endian的定义以下：

　　a) Little-Endian就是低位字节排放在内存的低地址端，高位字节排放在内存的高地址端。

　　b) Big-Endian就是高位字节排放在内存的低地址端，低位字节排放在内存的高地址端。

网络字节序：4个字节的32 bit值如下面的次序传输：首先是0～7bit，其次8～15bit，而后16～23bit，最后是24~31bit。这种传输次序称做大端字节序。因为TCP/IP首部中全部的二进制整数在网络中传输时都要求以这种次序，所以它又称做网络字节序。字节序，顾名思义字节的顺序，就是大于一个字节类型的数据在内存中的存放顺序，一个字节的数据没有顺序的问题了。

因此：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，而不要假定主机字节序跟网络字节序同样使用的是Big-Endian。因为这个问题曾引起过血案！公司项目代码中因为存在这个问题，致使了不少莫名其妙的问题，因此请谨记对主机字节序不要作任何假定，务必将其转化为网络字节序再赋给socket。

3.4.二、函数listen()、connect()函数

若是做为一个服务器，在调用socket()、bind()以后就会调用listen()来监听这个socket，若是客户端这时调用connect()发出链接请求，服务器端就会接收到这个请求。

int listen(int sockfd, int backlog);
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

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能够排队的最大链接个数。socket()函数建立的socket默认是一个主动类型的，listen函数将socket变为被动类型的，等待客户的链接请求。

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。客户端经过调用connect函数来创建与TCP服务器的链接。

3.4.三、accept()函数

TCP服务器端依次调用socket()、bind()、listen()以后，就会监听指定的socket地址了。TCP客户端依次调用socket()、connect()以后就想TCP服务器发送了一个链接请求。TCP服务器监听到这个请求以后，就会调用accept()函数取接收请求，这样链接就创建好了。以后就能够开始网络I/O操做了，即类同于普通文件的读写I/O操做。

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

accept函数的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。若是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，表明与返回客户的TCP链接。

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函数返回的是已链接的socket描述字。一个服务器一般一般仅仅只建立一个监听socket描述字，它在该服务器的生命周期内一直存在。内核为每一个由服务器进程接受的客户链接建立了一个已链接socket描述字，当服务器完成了对某个客户的服务，相应的已链接socket描述字就被关闭。

3.4.四、read()、write()等函数

万事具有只欠东风，至此服务器与客户已经创建好链接了。能够调用网络I/O进行读写操做了，即实现了网咯中不一样进程之间的通讯！网络I/O操做有下面几组：

  • read()/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，实际上能够把上面的其它函数都替换成这两个函数。它们的声明以下：

       #include <unistd.h>

       ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
       ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);

       #include <sys/types.h>
       #include <sys/socket.h>

       ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);
       ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);

       ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,
                      const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);
       ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,
                        struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);

       ssize_t sendmsg(int sockfd, const struct msghdr *msg, int flags);
       ssize_t recvmsg(int sockfd, struct msghdr *msg, int flags);

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，若是返回的值是0表示已经读到文件的结束了，小于0表示出现了错误。若是错误为EINTR说明读是由中断引发的，若是是ECONNREST表示网络链接出了问题。

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，当咱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所有的数据。2)返回的值小于0，此时出现了错误。咱们要根据错误类型来处理。若是错误为EINTR表示在写的时候出现了中断错误。若是为EPIPE表示网络链接出现了问题(对方已经关闭了链接)。

其它的我就不一一介绍这几对I/O函数了，具体参见man文档或者baidu、Google，下面的例子中将使用到send/recv。

3.4.五、close()函数

在服务器与客户端创建链接以后，会进行一些读写操做，完成了读写操做就要关闭相应的socket描述字，比如操做完打开的文件要调用fclose关闭打开的文件。

#include <unistd.h>
int close(int fd);

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

注意：close操做只是使相应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链接请求。

相关文章
相关标签/搜索
每日一句
    每一个你不满意的现在，都有一个你没有努力的曾经。
本站公众号
   欢迎关注本站公众号,获取更多信息
联系我们 最近搜索 最新文章 沪ICP备13005482号-10 MyBatis教程 SQL 教程 MySQL教程 Java 教程 Thymeleaf 教程 Hibernate教程 Spring教程 Redis教程