Socket进程通信机制及应用

      Socket通常称为“套接字”，用于描述IP地址和端口，是一个通信链的句柄。应用程序通过套接字向网络发出请求或者应答网络请求。Socket即不是一个程序，也不是一个协议，其只是操作系统提供的通信层的一组抽象的API。

      由于Socket是开放的、透明的，一旦运行，任何操作Socket的语言都可以访问这个开放的服务。可以是Java、PHP、C、Python等任何提供SocketAPI的语言访问此服务。

提示Socket是一种服务，与其实现语言无关。基于这个性质，我们能实现不同服务之间、不同语言之间的互联互通。

 

 

进程通信相关概念

      进程难的概念最初来源于单机系统。由于每个进程都在自己的地址范围内运行，为保证两个相互通信的进程之间既互相不替干扰双协调一致工作，操作系统为进程通信提供了相应设施，如UNIX BSD中的管道（pipe）、命名管道（named pipe）和软件中断信号（signal），以及UNIX System V的消息（message）、共享存储区（shared memory）和信号量（semaphore）等，但这些都仅限于用在本机进程之间的通信。网间进程通信要解决的是不同主机进程间的相互通信问题（可把同机通信看作是其中的特例）。为此，首先要解决的是网间进程标识问题。同一主机上，不同进程可用唯一进程号（Process ID）标识。

      网络环境下，各主机独立分配的进程号不能唯一标识该进程。例如，主机A赋予某进程号5，在B机中也可以存在5号进程，因此，“5号进程”就没有意义了。

     操作系统支持的网络协议众多，不同协议的工作方式不同，地址格式也不同。因此，网间进程通信还要解决多重协议的识别问题。

     为了解决上述问题，TCP/IP协议引入了下列概念。

 

1.端口

网络中可以被命名和寻址的通信端口，是操作系统可分配的一种资源。

按照OSI七层协议的描述，传输层与网络层在功能上的最大区别就是传输层提供进程通信能力。从这个意义上讲，网络通信的最终地址就不仅仅是主机地址了，还包括可以描述进程的某种标识符。为此，TCP/IP协议提出了协议端口（Protocal Port，简称端口）的概念，用于标识通信的进程。

 

      端口是一种抽象的软件结构（包括一些数据结构和I/O缓冲区）。应用程序（即进程）通过系统调用与某调用与某端口建立连接（binding）后，传输层传给该端口的数据都被相应的进程所接收，相应进程发给传输层的数据都通过该端口输出。在TCP/IP协议的实现中，操作商品类似于一般的I/O操作，进程获取一个端口，相当于获取本地唯一的I/O文件，可以用一般的读写原语访问。

      类似于文件描述符，每个端口都有一个端口号，都是整形标识符，用于区别不同端口。由于TCP/IP传输层的TCP协议和UDP协议是完全独立两个软件模块，因此各自的端口号也相互独立，如TCP有一个255端口，UDP也有一个255端口，二者并不冲突。TCP与UDP段结构中端口的地址都是16比特，有0~65535个端口号。

      对于这65535个端口号有以下使用规定：

      端口号小于256的定义为常用端口，服务器一般都是通过常用端口号识别。任何TCP/IP实现所提供的服务都用1~1023之间的端口号，这是由IANA管理的。

      客户端中需保证该端口号在本机上是唯一的。客户端口号因存在时间很短暂，又称为临时端口号。

      大多数TCP/IP实现给临时商品号分配1024~5000之间的端口号。大于5000的端口号为其他服务器预留的。

      常见的端口有FTP的21号端口，HTTP服务的80号端口，SMTP的25端口等。

 

2.地址

网络地址中通信的两个进程分别处在不同的机器上。遵循以下原则：

某台主机可与多个网络相连，必须指定一个特定网络地址。

网络上每台主机都应有其唯一的地址。

每台主机的每个进程应有在该主机的唯一标识符。

通常主机地址由网络ID和主机ID组成，在TCP/IP协议中用32位整数值表示；TCP和UDP均使用16位端口号标识用户进程。

 

3.连接

两个进程间的通信链路称为连接。连接表现为一些缓冲区和一组协议机制。

 

 

 

Socket函数原型

      Socket就是一种通信机制，类似于银行、电信这些部分的电话客服部门。打电话时，对方会分配一个坐席(客服)代表回答你的问题，客服部分就相当于Socket的服务器端，你就相当于客户端。通话结束前，如果有人想找到和通话的坐席代表是不可能的，因为你们正在通信，客服部门的电话交换机也不会重复分配。

Socket函数的原型定义如下：

SOCKET socket(int af, int type, int protocl);

该函数共有三个参数：

af : 指定应用程序使用的通信协议的协议族，对于TCP/IP协议族该参数置AF_INET，对于UNIX可建立本地Socket。

type：指定创建的Socket类型。有三种可选项。

流套接字类型（SOCK_STREAM）：最常见的类型，基于TCP协议。

数据报套接字类型（SOCK_DGRAM）：即UDP数据报。

原始套接字类型（SOCK_RAW）：在IP层对套接字进行编程，实际上就是在IP层构造自己的IP包，然后再把这个IP包发送出去。

protocal：指定应用程序所使用的通信协议。最常用的是TCP协议与UDP协议。

同样，可以把TCP/UDP传输过来的包抓取过来并进行分析。流套接字不能完成的任务，可以在原始套接字中得以实现。所有语言提供的Socket API都是按照这个原型设计的。

提示 Socket从传输模式上又分为端对端和点对点的连接，流套接字和数据报套接字都属于端对端的连接，因此需要绑定端口号。原原始套接字是基于IP协议的，属于点对点传输模式，是没有端口这个概念的。比如常用的监测网络命令ping命令，就是基于ICMP协议的，它不存在端口概念。