浅谈Socket基本实现

网络由下往上分为七层:

物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。

图解如下:


image.png

我来详细的讲解一下这个图,看黑板看黑板...嗯...还是不讲这个图了,Socket是应用层与TCP/IP协议族(传输层)通信的中间软件抽象层,它是一组接口。


image.png
在百度百科里是这么写的:
网络上的两个程序通过一个双向的通信连接实现数据的交换,这个连接的一端称为一个socket。
建立网络通信连接至少要一对端口号(socket)。socket本质是编程接口(API),对TCP/IP的封装,TCP/IP也要提供可供程序员做网络开发所用的接口,这就是Socket编程接口;
HTTP是轿车,提供了封装或者显示数据的具体形式;Socket是发动机,提供了网络通信的能力。

贴一下socket工作原理图:

image.png

按照这个图示来写socket的实现代码:

直接上代码:

image.png

先补充点socket的基础知识:

    /**
     *  socket 中的关键参数
     *  ip地址:设备标识
     *  端口号:进程标识
     *  传输协议:(TCP/UDP)
     *  TCP协议特点:
        a.通过三次握手确认建立安全可靠的连接,过程:(客户端请求服务器->服务器返回确认->服务器发送包给客户端)
        b.数据大小不受限制
        c.TCP建立的连接是管道式或插座式(插头分别为ip和端口号)的,不会丢包。
        d.通过四次握手断开连接,过程:(客户端发起断开请求->服务器返回->服务端发起确认断开->客户端返回确认断开连接)
     *  UDP协议特点:
        a.只进行发送,不确认另一端是否接收到。
        b.不需要建立连接,讲内容和目的封装成数据包发送。每个数据包大小不超过64K。
        c.优点是速度快,效率高,适用于流媒体、广播等。缺点是不可靠协议,且容易丢包。
     */

接下来开始创建一个socket:
首先引入相关的头文件:

#import <sys/socket.h>
#import <netinet/in.h>
#import <arpa/inet.h>

1.创建socket

    /**
     * socket()函数的参数
     * domain   协议域: AF_INET(IPV4协议)
     * type     指定socket类型:SOCK_STREAM(TCP)/SOCK_DGRAM(UDP) 
     (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:一般传0,表示根据第二个参数自动选择       
     (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。)
     * return   socket(返回-1表示失败)
     */
    int clickSocket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

2.与服务器建立连接,这里以本地电脑主机作为服务端模拟实现。

    /**
     *  connect()函数的参数
     *  a.int 客户端socket对象
     *  b.const struct sockaddr * 指向该结构体的指针,包含ip地址和端口号
     *  c.socklen_t  结构体数据长度
     *  return 0表示连接成功,其他表示连接失败返回码。
     */
    struct sockaddr_in serverAddr;
    serverAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");//ip地址
    serverAddr.sin_port = htons(15888);//端口号
    int connectResult = connect(clickSocket,(const struct sockaddr*)&serverAddr,sizeof(serverAddr));
    connectResult == 0 ? NSLog(@"连接成功") : NSLog(@"连接失败 %d",connectResult);

运行一下,日志输出:

2017-06-12 15:29:55.758 socket[1374:137291] 连接失败 -1

这里输出连接失败,原因在于我们没有开启15888端口的监听。
开启方法:终端命令$ nc -lk 15888如图:

image.png

重新运行,连接成功,日志输出:

2017-06-12 15:33:43.253 socket[1500:141337] 连接成功

继续下一步,3.发送数据

    /**
     *  send()函数的参数
     *  a.客户端socket对象
     *  b.发送内容地址(指针)
     *  c.发送内容长度
     *  d.发送方式
     *  return 成功返回发送字节数,失败返回错误代码
     */
    NSString *str = @"你好";
    char * msg = (char *)[str UTF8String];
    ssize_t strLen = send(clickSocket, msg, strlen(msg), 0);
    NSLog(@"发送了%zd个字节",strLen);

再次运行,日志输出:

2017-06-12 15:37:22.668 socket[1523:144061] 连接成功
2017-06-12 15:37:22.669 socket[1523:144061] 发送了6个字节

此时切到终端窗口:

image.png

说明我们的socket已经可以成功的发送数据了!!并且服务端可以发送数据给客户端。


image.png

恩,好像又少了点什么,我们的客户端还没有接收的处理...
4.读取数据

    /**
     *  a.客户端socket对象
     *  b.接收内容地址
     *  c.接收内容长度
     *  d.接收方式,0表示阻塞,必须等待服务器返回
     *  return 成功返回接收到的字节数,失败返回错误代码
     */
    
    //在终端接收到数据后可直接在终端输入内容回复,这里可以接收。

    unsigned char recvBuff[1024];//接收内容空间
    ssize_t recvLen = recv(clickSocket, recvBuff, sizeof(recvBuff), 0);
    NSString *recvStr = [NSString stringWithCString:(char *)recvBuff encoding:NSUTF8StringEncoding];
    NSLog(@"接收了%zd个字节,接收到的字符串为:%@",recvLen,recvStr);

再次运行,并且在终端进行回复,日志输出如下:

2017-06-12 15:43:11.886 socket[1549:147808] 连接成功
2017-06-12 15:43:11.886 socket[1549:147808] 发送了6个字节
2017-06-12 15:43:20.762 socket[1549:147808] 接收了13个字节,接收到的字符串为:你也好啊

这里打印13个字节是因为在终端的回车也算一个字节,也就是接收到了四个汉字加一个回车。
最后,关闭连接

close(clickSocket);

至此,我们的socket客户端就算是完成了。。。
当然,我们这是一个短连接,并不是长连接。
关于socket:


  • socket中的长连接和短连接:
    客户端不主动关闭连接,持续响应recv()函数接收客户端的消息,就是一个长连接。客户端发送一次数据,接收服务端响应后关闭连接,不再接收服务端响应,就是一个短连接。
  • socket中的心跳包:
    用于长连接的保活和断线处理,客户端每隔固定时间间隔(心跳间隔)发一个空包给服务器,以此来告诉服务器,这个客户端还活着。
    客户端每隔一段时间(心跳间隔)发一个空包给服务器,同时设置一个超时时间,如果在超时时间内收到了服务端的心跳回应,说明服务端正常,如果在超时时间内没有收到服务端响应,说明服务器挂了,此时客户端应该主动断开连接,设定时间重新尝试连接服务器。
  • iOS中使用socket:
    使用CocoaAsyncSocket三方库实现。

关于socket的基本实现到这里就结束了。
关于CocoaAsyncSocket三方库的实现脱离不了这几个基本步骤,有研究过CocoaAsyncSocket的源码,有时候会另外写一个源码解析博客学习记录一下。
路漫漫其修远兮...

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