CocoaAsyncSocket --Socket学习

Socket理论

套接字（Socket）概念

套接字（socket）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。
它是网络通信过程中端点的抽象表示，包含进行网络通信必须的五种信息：连接使用的协议，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。

应用层通过传输层进行数据通信时，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连接或多个应用程序进程可能需要通过同一个 TCP协议端口传输数据。为了区别不同的应用程序进程和连接，许多计算机操作系统为应用程序与TCP／IP协议交互提供了套接字(Socket)接口。
应用层可以和传输层通过Socket接口，区分来自不同应用程序进程或网络连接的通信，实现数据传输的并发服务。


本质

建立socket连接

建立Socket连接至少需要一对套接字，其中一个运行于客户端，称为ClientSocket，另一个运行于服务器端，称为ServerSocket。
套接字之间的连接过程分为三个步骤：服务器监听，客户端请求，连接确认。

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，而是处于等待连接的状态，实时监控网络状态，等待客户端的连接请求。
客户端请求：指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，然后就向服务器端套接字提出连接请求。
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连接请求时，就响应客户端套接字的请求，建立一个新的线程，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，双方就正式建立连接。而服务器端套接字继续处于监听状态，继续接收其他客户端套接字的连接请求。

Socket连接与TCP连接

创建Socket连接时，可以指定使用的传输层协议，Socket可以支持不同的传输层协议（TCP或UDP），当使用TCP协议进行连接时，该Socket连接就是一个TCP连接。

Socket连接与HTTP连接

由于通常情况下Socket连接就是TCP连接，因此Socket连接一旦建立，通信双方即可开始相互发送数据内容，直到双方连接断开。
但在实际网络应用中，客户端到服务器之间的通信往往需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连接而导致 Socket 连接断连，因此需要通过轮询告诉网络，该连接处于活跃状态。
而HTTP连接使用的是“请求—响应”的方式，不仅在请求时需要先建立连接，而且需要客户端向服务器发出请求后，服务器端才能回复数据。很多情况下，需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。此时若双方建立的是Socket连接，服务器就可以直接将数据传送给客户端；若双方建立的是HTTP连接，则服务器需要等到客户端发送一次请求后才能将数据传回给客户端.
因此,客户端定时向服务器端发送连接请求，不仅可以保持在线，同时也是在“询问”服务器是否有新的数据，如果有就将数据传给客户端。

连接过程

TCP三次握手

TCP 三次握手

服务器监听到连接请求( 服务端启动之后就在不断地监听连接请求)，即收到SYN J包，调用accept函数接收请求向客户端发送SYN K ，ACK J+1，这时accept进入阻塞状态； 客户端收到服务器的SYN K ，ACK J+1之后，这时connect返回，并对SYN K进行确认；服务器收到ACK K+1时，accept返回，至此三次握手完毕，连接建立。

当客户端调用connect时，
第一次握手
建立连接。客户端发送连接请求报文段，将SYN位置为1，Sequence Number为K；然后，客户端SYN_SEND ,connect进入阻塞状态，等待服务器的确认；
第二次握手
服务器监听到连接请求( 服务端启动之后就在不断地监听连接请求) ，服务器收到SYN报文段。服务器收到客户端的SYN 报文段，调用accept函数接收请求向客户端发送SYN K ，ACK J+1，这时accept进入阻塞状态,服务器进入SYN_RECV状态；
（*需要对这个SYN报文段进行确认，设置Acknowledgment Number为K+1(Sequence Number+1)；同时，自己自己还要发送SYN请求信息，将SYN位置为1，Sequence Number为y；服务器端将上述所有信息放到一个报文段（即SYN+ACK报文段）中，一并发送给客户端*）
第三次握手
客户端收到服务器的SYN+ACK报文段。
这时connect返回，并对SYN K进行确认,然后将Acknowledgment Number设置为K+1发送，服务器收到ACK K+1时，accept返回。
客户端和服务器端都进入ESTABLISHED状态，完成TCP三次握手。

为什么要进行三次握手？
第一次握手是客户端向服务端发消息，询问你有没有接收消息的能力？确保消息能准确发送出去，告诉服务端我有写的能力（客户端能发消息到服务端）；第二次握手是指服务端向客户端回消息，标明我收到了消息并且能给你反馈，也就是服务端有读和写的能力（读到客户端消息，并服务端也发消息给我客户端）；第三次握手是客户端给服务端发消息确认建立连接，是告诉服务端我不仅有写的能力，而且我也有读的能力，咱们可以放心通讯了（客户端也能收到服务端消息确认连接）。

截包数据

这个三次握手发生在socket的那几个函数中呢？请看下图：


客户端握手方法都在connect

四次挥手

断开连接

第一次分手
主机1（可以使客户端，也可以是服务器端），设置Sequence Number，向主机2发送一个FIN报文段；此时，主机1进入FIN_WAIT_1状态；这表示主机1没有数据要发送给主机2了；
第二次分手
主机2收到了主机1发送的FIN报文段，向主机1回一个ACK报文段，Acknowledgment Number为Sequence Number加1；主机1进入FIN_WAIT_2状态；主机2告诉主机1，我“同意”你的关闭请求；
第三次分手
主机2向主机1发送FIN报文段，请求关闭连接，同时主机2进入LAST_ACK状态；
第四次分手
主机1收到主机2发送的FIN报文段，向主机2发送ACK报文段，然后主机1进入TIME_WAIT状态；主机2收到主机1的ACK报文段以后，就关闭连接；此时，主机1等待2 MSL后依然没有收到回复，则证明Server端已正常关闭，那好，主机1也可以关闭连接了。

为什么要四次分手
TCP协议是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的运输层通信协议。TCP是全双工模式，这就意味着，当主机1发出FIN报文段时，只是表示主机1已经没有数据要发送了，主机1告诉主机2，它的数据已经全部发送完毕了；但是，这个时候主机1还是可以接受来自主机2的数据；当主机2返回ACK报文段时，表示它已经知道主机1没有数据发送了，但是主机2还是可以发送数据到主机1的；当主机2也发送了FIN报文段时，这个时候就表示主机2也没有数据要发送了，就会告诉主机1，我也没有数据要发送了，之后彼此就会愉快的中断这次TCP连接。

socket方式

- (void)initScoket
{
    //初始化
    //每次连接前，先断开连接
    if (_clientScoket != 0) {
        [self disConnect];
        _clientScoket = 0;
    }
    
    //创建客户端socket
    _clientScoket = CreateClinetSocket();
    //服务器Ip
    const char * server_ip="127.0.0.1";
    //服务器端口
    short server_port=6969;
    //等于0说明连接失败
    if (ConnectionToServer(_clientScoket,server_ip, server_port)==0) {
        printf("Connect to server error\n");
        return ;
    }
    //走到这说明连接成功
    printf("Connect to server ok\n");
}

static int CreateClinetSocket()
{
    int ClinetSocket = 0;
    //创建一个socket,返回值为Int。（注scoket其实就是Int类型）
    //第一个参数addressFamily IPv4(AF_INET) 或 IPv6(AF_INET6)。
    //第二个参数 type 表示 socket 的类型，通常是流stream(SOCK_STREAM) 或数据报文datagram(SOCK_DGRAM)
    //第三个参数 protocol 参数通常设置为0，以便让系统自动为选择我们合适的协议，对于 stream socket 来说会是 TCP 协议(IPPROTO_TCP)，而对于 datagram来说会是 UDP 协议(IPPROTO_UDP)。
    ClinetSocket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    return ClinetSocket;
}
static int ConnectionToServer(int client_socket,const char * server_ip,unsigned short port)
{
    //生成一个sockaddr_in类型结构体
    struct sockaddr_in sAddr={0};
    sAddr.sin_len=sizeof(sAddr);
    //设置IPv4
    sAddr.sin_family=AF_INET;
    //inet_aton是一个改进的方法来将一个字符串IP地址转换为一个32位的网络序列IP地址
    //如果这个函数成功，函数的返回值非零，如果输入地址不正确则会返回零。
    inet_aton(server_ip, &sAddr.sin_addr);
    
    //htons是将整型变量从主机字节顺序转变成网络字节顺序，赋值端口号
    sAddr.sin_port=htons(port);
    //用scoket和服务端地址，发起连接。
    //客户端向特定网络地址的服务器发送连接请求，连接成功返回0，失败返回 -1。
    //注意：该接口调用会阻塞当前线程，直到服务器返回。
    if (connect(client_socket, (struct sockaddr *)&sAddr, sizeof(sAddr))==0) {
        return client_socket;
    }
    return 0;
}

#pragma mark - 对外逻辑
- (void)connect
{
    [self initScoket];
}
- (void)disConnect
{
    //关闭连接
    close(self.clientScoket);
}

//发送消息
- (void)sendMsg:(NSString *)msg
{
    const char *send_Message = [msg UTF8String];
    send(self.clientScoket,send_Message,strlen(send_Message)+1,0);
}

//收取服务端发送的消息
- (void)recieveAction{

    while (1) {
        char recv_Message[1024] = {0};
        recv(self.clientScoket, recv_Message, sizeof(recv_Message), 0);
        printf("%s\n",recv_Message);
    }
}

#pragma mark - 新线程来接收消息
- (void)pullMsg
{
    NSThread *thread = [[NSThread alloc]initWithTarget:self selector:@selector(recieveAction) object:nil];
    [thread start];
}

CocoaAsyncSocket 实现

- (void)initSocket
{
    gcdSocket = [[GCDAsyncSocket alloc] initWithDelegate:self delegateQueue:dispatch_get_main_queue()];
}

#pragma mark - 对外的一些接口
static  NSString * Khost = @"127.0.0.1";
static const uint16_t Kport = 6969;
//建立连接
- (BOOL)connect
{
    return  [gcdSocket connectToHost:Khost onPort:Kport error:nil];
}
//断开连接
- (void)disConnect
{
    [gcdSocket disconnect];
}
//发送消息
- (void)sendMsg:(NSString *)msg
{
    NSData *data  = [msg dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];
    //第二个参数，请求超时时间
    [gcdSocket writeData:data withTimeout:-1 tag:110];
}

#pragma mark - GCDAsyncSocketDelegate
//连接成功调用
- (void)socket:(GCDAsyncSocket *)sock didConnectToHost:(NSString *)host port:(uint16_t)port
{
    NSLog(@"连接成功,host:%@,port:%d",host,port);
    [self checkPingPong:110];
    //心跳写在这...
}
//断开连接的时候调用
- (void)socketDidDisconnect:(GCDAsyncSocket *)sock withError:(nullable NSError *)err
{
    NSLog(@"断开连接,host:%@,port:%d",sock.localHost,sock.localPort);
    //断线重连写在这...
    if (err) {
        NSLog(@"连接失败");
    }else{
        NSLog(@"正常断开");
    }
    
//    if ([sock.userData isEqualToString:[NSString stringWithFormat:@"%d",SOCKET_CONNECT_SERVER]])
//    {
//        //服务器掉线 重新连接
//        [self connectToServerWithCommand:@"battery"];
//    }else{
//        return;
//    }
}
//写的回调
- (void)socket:(GCDAsyncSocket*)sock didWriteDataWithTag:(long)tag
{
    NSLog(@"写的回调,tag:%ld",tag);
    //判断是否成功发送，如果没收到响应，则说明连接断了，则想办法重连
    [self checkPingPong:tag];
}

- (void)socket:(GCDAsyncSocket *)sock didReadData:(NSData *)data withTag:(long)tag
{
    NSString *msg = [[NSString alloc]initWithData:data encoding:NSUTF8StringEncoding];
    NSLog(@"收到消息：%@",msg);
    [self pullTheMsg:tag];
}

//监听最新的消息
- (void)pullTheMsg:(long)tag
{
    //貌似是分段读数据的方法
    //    [gcdSocket readDataToData:[GCDAsyncSocket CRLFData] withTimeout:10 maxLength:50000 tag:110];
    //监听读数据的代理，只能监听10秒，10秒过后调用代理方法  -1永远监听，不超时，但是只收一次消息，
    //所以每次接受到消息还得调用一次
    [gcdSocket readDataWithTimeout:-1 tag:110];
}
//用Pingpong机制来看是否有反馈
- (void)checkPingPong:(long)tag
{
    //pingpong设置为3秒，如果3秒内没得到反馈就会自动断开连接
    [gcdSocket readDataWithTimeout:3 tag:110];
}

SocketRocket（WebSocket）

心跳监听

xmppFrameWork: XMPPAutoPing 和 XMPPPing两个类: 心跳监听类；

数据粘包处理

//https://www.jb51.net/article/105278.html
/*
  while (_readBuf.length >= 10)//因为头部固定10个字节，数据长度至少要大于10个字节，我们才能得到完整的消息描述信息 
  { 
    NSData *head = [_readBuf subdataWithRange:NSMakeRange(0, 10)];//取得头部数据 
    NSData *lengthData = [head subdataWithRange:NSMakeRange(6, 4)];//取得长度数据 
    NSInteger length = [[[NSString alloc] initWithData:lengthData encoding:NSUTF8StringEncoding] integerValue];//得出内容长度 
    NSInteger complateDataLength = length + 10;//算出一个包完整的长度(内容长度＋头长度) 
    if (_readBuf.length >= complateDataLength)//如果缓存中数据够一个整包的长度 
    { 
      NSData *data = [_readBuf subdataWithRange:NSMakeRange(0, complateDataLength)];//截取一个包的长度(处理粘包) 
      [self handleTcpResponseData:data];//处理包数据 
      //从缓存中截掉处理完的数据,继续循环 
      _readBuf = [NSMutableData dataWithData:[_readBuf subdataWithRange:NSMakeRange(complateDataLength, _readBuf.length - complateDataLength)]]; 
    } 
    else//如果缓存中的数据长度不够一个包的长度，则包不完整(处理半包，继续读取) 
    { 
      [_socket readDataWithTimeout:-1 buffer:_readBuf bufferOffset:_readBuf.length tag:0];//继续读取数据 
      return; 
    } 
  } 
  //缓存中数据都处理完了，继续读取新数据 
  [_socket readDataWithTimeout:-1 buffer:_readBuf bufferOffset:_readBuf.length tag:0];//继续读取数据

END

GCDAsyncSocket类的使用、心跳、粘包处理
阳分析VPN包
TCP建立连接为什么需要三次握手
iOS Socket 心跳
网络层之IP协议
http协议的底层实现

Question

  1. http底层既然是基于socket抽象层,http 经过socket抽象的TCP连接
    http 短链接基于TCP链接，socket长链接 TCP/UDP ，
    http和 socket 基本属于一个级别，对TCP/UDP的一层封装。
    http属于应用层，
    socket在应用和传输之间。
    TCP/UDP 传输层。
    ip协议：对应与网络层 ，IP是一个载体，TCP，UDP，数据都以IP数据格式传输。

  2. 四次挥手断开问题
    如果网络问题断开会咋样

  3. Socket Scoket?

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