初识Linux · Socket理论基础

前言：

在前文我们介绍了什么是协议，网络的发展史，以及协议的本质是什么，并且介绍了网络通信分为几种，一种的局域网通信，一种是本地通信，其中局域网通信分为了大致三种，令牌环，以太网，以太网的变种-无线WLAN，还介绍了OSI七层模型，TCP五层/四层模型等。

以上都是为网路的理论知识做铺垫，按道理来说我们应该为编程打下知识铺垫展开一个宏大的理论描述，但是呢，博主认为光是理论，没有快速的进入到实现是比较容易陷入“纯理论内耗”的，所以本文简单扼要的续一下网络理论知识，简单的描述一下铺垫编程所需要的理论知识就进入到实战部分了。

网络理论基础

ip地址

· ip地址是用来标识网络中的主机的地址，一般分为IPv4和IPv6

· 对于IPv4来说，IP地址是一个4字节，32位的整数

· 常用“点分十进制”来表示一个IP地址，其中范围一般是0 - 255

MAC地址

在数据传输的过程一般涉及到的两个地址，一个是IP地址，一个是MAC地址，其中目的IP地址表示的是最终目的的，MAC地址表示的是即将到达的下一个地址，其中IP地址一般不会变化，除了源IP地址，这个点后面解释，所以MAC地址是会一直变化的。

IP地址的作用是屏蔽底层网络差异

Socket编程基础

对于Socket编程，我们先不用纠结什么是Socket，你就算先去翻译Socket也没有用，因为它本来的意思是插座，你看了你更迷糊了。

我们要先来理解几个概念，一个是目的IP，一个是源IP，一个是端口号，把这三个我们理解了，我们就能理解什么是Socket了。

目的IP，源IP

因为IP地址是用来标识网络中的唯一的主机的地址的，所以目的IP，也就是收到数据包的主机的地址，源IP也就是发送数据包的主机的地址。

端口号

有了主机的唯一地址，还没有万事大吉，因为发送数据包的并不是你的这台电脑，而是你电脑中的不同进程，比如QQ，微信，抖音等，那么有意思的来了，我们既然要引入一个专门的标识号来指定某个进程，为什么不用pid来指定是哪个进程呢？

最主要的目的是为了解耦合，因为pid本身是属于系统级别的概念，而我们要进行的是网络通信，如果我们使用了pid，也就是让系统进程管理和网络通信管理强耦合，这是不易于管理的。

所以，前辈额外引入了一个概念，也就是端口号，它表示一个进程，那么端口号port + 目的IP地址就可以表示互联网中的唯一的一个进程，那么其中：

port + IP = socket，我们将ip + port叫做套接字socket，这也就是Socket编程的由来。

TCP/UDP协议

对于TCP来说，它的特征是：

1. 传输层协议 2.有连接 3.可靠传输 4.面向字节流

对于UDP来说，它的特征是：

1.传输层协议 2.无连接 3.不可靠传输 4.面向数据报

我们要注意到的一个点是，以上的描述是特征，而非缺点。比如你看TCP的可靠传输，比如传输的数据包发生了乱序，倒序的情况，它是可以将数据包恢复的，相反的UDP就不可以。

那么面向字节流和面向数据报等的特征区别，我们到后面详细介绍。在这里我们清楚一个点就是，存在即合理，这二者各有神通，我们不应该简单的凭借四个特点就否定它们。

不过我们现在可以得到的结论是UDP比TCP简单，因为UDP不用建立连接，不用考虑数据的问题，直接就传送就可以了。

所以在下一篇文章，我们将会简单的使用UDP协议完成一个通信服务。

说到通信，你看，网络通信的本质是什么？

主机A中的唯一进程和主机B中的唯一进程进程通信，这不就是进程间通信吗？

网络字节序

提到网络字节序，我们先来简单重温一个旧知识，什么是大小端机器？

这里给一个方便记忆的好技巧，记住小小小就可以了。

因为小权重的数放在低地址处的机器是小端机器。

好了，对应的网络字节序也是差不多的观点，如果主机A是小端机器，发送的数据是小端的形式，主机B是大端机器，接受的数据是大端形式的数据进行解析，那这不炸了吗？数据直接就乱套了。

所以我们就需要一个解决方法用来解决发送数据的大小端问题了，我们可以在发送数据上进行标识，也可以在进行各种序列化，但是这一切都麻烦了。

对于TCP/IP协议，索性就直接规定：网络数据流应采用大端字节序，即低地址高字节。

在这后面还有一个涉及的内容就是序列化和反序列化，这个点我们后面再谈。

那么光这样规定肯定不行，如果发送的机器是小端机器，我们就应该想办法转为大端，所以库函数提供了一些函数用来进行数据序列转换：

这些函数名很好记,h表示host,n表示network,l表示32位长整数,s表示16位 短整数。

这是对应描述，具体使用我们移步到下一篇文章就可以知晓了。

Socket常见API

有了socket编程的理论知识，我们现在先了解一下对应的接口，比如我们需要接口创建Socket套接字，需要绑定对应的端口号，对于TCP来说，还有监听，接收，建立连接的API：

 // 创建 socket 文件描述符 (TCP/UDP, 客户端 + 服务器)
 int socket(int domain, int type, int protocol);

 // 绑定端口号 (TCP/UDP, 服务器)
 int bind(int socket, const struct sockaddr *address,
 socklen_t address_len);

 // 开始监听socket (TCP, 服务器)
 int listen(int socket, int backlog);

 // 接收请求 (TCP, 服务器)
 int accept(int socket, struct sockaddr* address,
 socklen_t* address_len);

 // 建立连接 (TCP, 客户端)
 int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr,
 socklen_t addrlen);

那么对于上面的参数我们使用的时候会提及，现在需要解决一个问题就是，什么是struct sockaddr？

对于这个结构体，我们需要介绍对应的三个结构体：

其中socket编程涉及到了三个结构体分别是struct sockaddr,struct sockaddr_in, struct sockadd_un。

那么为什么会有这么多呢？因为进程通信可以分为局域网通信和本地通信，所以add_in这个结构体就是用来局域网通信的，un结构体就是用来本地通信的。

可是对于通信来说，API做太多了实在麻烦，所以其实你看上面的API的参数都是addr的指针类型，对于in和un两种结构体，传参的时候强转一下即可，那么对于一些公共的元素，“继承”下来就好了~~

所以这也算是C语言中的多态了。

具体的使用我们放在后面再介绍。这里理解有一个基类的存在即可。

对于它们结构体里面的一些元素我们就放到下一篇文章详解就行了。

感谢阅读！