一篇看懂Socket开发

时间：2022-01-02 23:55:47

Socket【套接字】是什么，对于这个问题，初次接触的开发人员一般以为他只是一个通讯工具。

Socket接口是TCP/IP网络的API，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。

Socket 接口是访问 Internet 使用得最广泛的方法。
如果你有一台刚配好TCP/IP协议的主机，其IP地址是202.120.127.201， 此时在另一台主机或同一台主机上执行ftp 202.120.127.201，显然无法建立连接。因"202.120.127.201" 这台主机没有运行FTP服务软件。同样， 在另一台或同一台主机上运行浏览软件 如Netscape，输入"http://202.120.127.201"，也无法建立连接。现在，如果在这台主机上运行一个FTP服务软件（该软件将打开一个Socket， 并将其绑定到21端口），再在这台主机上运行一个Web 服务软件（该软件将打开另一个Socket，并将其绑定到80端口）。这样，在另一台主机或同一台主机上执行ftp 202.120.127.201，FTP客户软件将通过21端口来呼叫主机上由FTP 服务软件提供的Socket，与其建立连接并对话。而在netscape中输入"http://202.120.127.201"时，将通过80端口来呼叫主机上由Web服务软件提供的Socket，与其建 立连接并对话。

在Internet上有很多这样的主机，这些主机一般运行了多个服务软件，同时提供几种服务。每种服务都打开一个Socket，并绑定到一个端口上，不同的端口对应于不同的服务。Socket正如其英文原意那样，象一个多孔插座。以至于Socket为什么会被翻译成【套接字】，这只能说一个不懂技术的翻译大白话。

Socket开发其实很简单

用一个java应用程序模拟一个服务器端：

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package mySocketServer;

import java.io.BufferedInputStream;
import java.io.DataInputStream;
import java.io.DataOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.text.ParseException;
import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.Set;

import org.apache.commons.httpclient.HttpException;


public class StubSocketServer {

    public static void main(String args[]) throws ParseException {

        StubSocketServer manager = new StubSocketServer();
        manager.doListen();
    }

    public void doListen() {
        ServerSocket server = null;
        try {
            server = new ServerSocket(4700);
            while (true) {
                Socket client = server.accept();
                new Thread(new SSocket(client)).start();
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            try {
                server.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    /**
     * <p>
     * Title: 服务器进程
     * </p>
     */
    class SSocket implements Runnable {

        Socket client;

        public SSocket(Socket client) {
            this.client = client;
        }

        public void run() {
            DataInputStream input;
            DataOutputStream output;
            try {
                input = new DataInputStream(client.getInputStream());// 接收对象
                output = new DataOutputStream(client.getOutputStream());// 回执对象
                
                byte[] b = new byte[1024];
                int msg = input.read(b);// 接收报文
                System.out.println("msg===\n" + new String(b, 0, msg, "UTF-8"));
                new Thread().sleep(5000);// 暂停1分钟60000

                if (msg > 0) {
                    output.write("0012600112345600".getBytes("UTF-8"));
                    output.flush();
                }
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
                System.out.println("读取报文没有成功----");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}
View Code

 

然后再做一个模拟的客户端，填上你的主机IP和监听的端口号就可以运行了：

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            Charset charset = Charset.forName("UTF-8");
                String src="send content";
                byte[] bytes = src.getBytes(charset);
        Socket socket = new Socket(serverIP, serverPort);
        byte[] ret = new byte[20];
        try {
            OutputStream os = socket.getOutputStream();
            InputStream is = socket.getInputStream();

            os.write(bytes);
            os.flush();
            is.read(ret);
        } finally {
            socket.close();
        }
View Code

 

还有一种读写方法就是

writeUTF(str);

str = readUTF();

直接发送和接收字符串，不建议使用

 

以下是某位大神的原理阐述，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接口是TCP/IP网络的API，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。

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建立为了建立Socket，程序可以调用Socket函数，该函数返回一个类似于文件描述符的句柄。socket函数原型为：int
socket(int domain, int type, int
protocol);domain指明所使用的协议族，通常为PF_INET，表示互联网协议族（TCP/IP协议族）；type参数指定socket的
类型：SOCK_STREAM
或SOCK_DGRAM，Socket接口还定义了原始Socket（SOCK_RAW），允许程序使用低层协议；protocol通常赋值"0"。
Socket()调用返回一个整型socket描述符，你可以在后面的调用使用它。
Socket描述符是一个指向内部数据结构的指针，它指向描述符表入口。调用Socket函数时，socket执行体将建立一个Socket，实际上"建
立一个Socket"意味着为一个Socket数据结构分配存储空间。
Socket执行体为你管理描述符表。两个网络程序之间的一个网络连接包括五种信息：通信协议、本地协议地址、本地主机端口、远端主机地址和远端协议端
口。Socket数据结构中包含这五种信息。 socket在测量软件中的使用也很广泛

socket深层次理解

Socket编程基本就是listen，accept以及send，write等几个基本的操作。

对
于网络编程，我们也言必称TCP/IP，似乎其它网络协议已经不存在了。对于TCP/IP，我们还知道TCP和UDP，前者可以保证数据的正确和可靠性，
后者则允许数据丢失。最后，我们还知道，在建立连接前，必须知道对方的IP地址和端口号。除此，普通的程序员就不会知道太多了，很多时候这些知识已经够用
了。最多，写服务程序的时候，会使用多线程来处理并发访问。

我们还知道如下几个事实：

1。一个指定的端口号不能被多个程序共用。比如，如果IIS占用了80端口，那么Apache就不能也用80端口了。

2。很多防火墙只允许特定目标端口的数据包通过。

3。服务程序在listen某个端口并accept某个连接请求后，会生成一个新的socket来对该请求进行处理。

于是，一个困惑了我很久的问题就产生了。如果一个socket创建后并与80端口绑定后，是否就意味着该socket占用了80端口呢？如果是这样的，那么
当其accept一个请求后，生成的新的socket到底使用的是什么端口呢（我一直以为系统会默认给其分配一个空闲的端口号）？如果是一个空闲的端口，
那一定不是80端口了，于是以后的TCP数据包的目标端口就不是80了--防火墙一定会组织其通过的！实际上，我们可以看到，防火墙并没有阻止这样的连
接，而且这是最常见的连接请求和处理方式。我的不解就是，为什么防火墙没有阻止这样的连接？它是如何判定那条连接是因为connet80端口而生成的？是
不是TCP数据包里有什么特别的标志？或者防火墙记住了什么东西？

后来，我又仔细研读了TCP/IP的协议栈的原理，对很多概念有了更深
刻的认识。比如，在TCP和UDP同属于传输层，共同架设在IP层（网络层）之上。而IP层主要负责的是在节点之间（End to
End）的数据包传送，这里的节点是一台网络设备，比如计算机。因为IP层只负责把数据送到节点，而不能区分上面的不同应用，所以TCP和UDP协议在其
基础上加入了端口的信息，端口于是标识的是一个节点上的一个应用。除了增加端口信息，UPD协议基本就没有对IP层的数据进行任何的处理了。而TCP协议
还加入了更加复杂的传输控制，比如滑动的数据发送窗口（Slice
Window），以及接收确认和重发机制，以达到数据的可靠传送。不管应用层看到的是怎样一个稳定的TCP数据流，下面传送的都是一个个的IP数据包，需
要由TCP协议来进行数据重组。

所以，我有理由怀疑，防火墙并没有足够的信息判断TCP数据包的更多信息，除了IP地址和端口号。而且，我们也看到，所谓的端口，是为了区分不同的应用的，以在不同的IP包来到的时候能够正确转发。

TCP/IP只是一个协议栈，就像操作系统的运行机制一样，必须要具体实现，同时还要提供对外的操作接口。就像操作系统会提供标准的编程接口，比如Win32编程接口一样，TCP/IP也必须对外提供编程接口，这就是Socket编程接口--原来是这么回事啊！

在Socket编程接口里，设计者提出了一个很重要的概念，那就是socket。这个socket跟文件句柄很相似，实际上在BSD系统里就是跟文件句柄一
样存放在一样的进程句柄表里。这个socket其实是一个序号，表示其在句柄表中的位置。这一点，我们已经见过很多了，比如文件句柄，窗口句柄等等。这些
句柄，其实是代表了系统中的某些特定的对象，用于在各种函数中作为参数传入，以对特定的对象进行操作--这其实是C语言的问题，在C++语言里，这个句柄
其实就是this指针，实际就是对象指针啦。

现在我们知道，socket跟TCP/IP并没有必然的联系。Socket编程接口在设计的
时候，就希望也能适应其他的网络协议。所以，socket的出现只是可以更方便的使用TCP/IP协议栈而已，其对TCP/IP进行了抽象，形成了几个最
基本的函数接口。比如create，listen，accept，connect，read和write等等。

现在我们明白，如果一个程
序创建了一个socket，并让其监听80端口，其实是向TCP/IP协议栈声明了其对80端口的占有。以后，所有目标是80端口的TCP数据包都会转发
给该程序（这里的程序，因为使用的是Socket编程接口，所以首先由Socket层来处理）。所谓accept函数，其实抽象的是TCP的连接建立过
程。accept函数返回的新socket其实指代的是本次创建的连接，而一个连接是包括两部分信息的，一个是源IP和源端口，另一个是宿IP和宿端口。
所以，accept可以产生多个不同的socket，而这些socket里包含的宿IP和宿端口是不变的，变化的只是源IP和源端口。这样的话，这些
socket宿端口就可以都是80，而Socket层还是能根据源/宿对来准确地分辨出IP包和socket的归属关系，从而完成对TCP/IP协议的操
作封装！而同时，放火墙的对IP包的处理规则也是清晰明了，不存在前面设想的种种复杂的情形。

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