一、基本概念
1.进程间通信方式 本地的进程间通信(IPC)有很多种方式,但可以总结为下面4类:
消息传递(管道、FIFO、消息队列)
同步(互斥量、条件变量、读写锁、文件和写记录锁、信号量)
共享内存(匿名的和具名的)
远程过程调用(Solaris门和Sun RPC)
但这些都不是本文的主题!我们要讨论的是网络中进程之间如何通信?首要解决的问题是如何唯一标识一个进程,否则通信无从谈起!在本地可以通过进程PID来唯一标识一个进程,但是在网络中这是行不通的。其实TCP/IP协议族已经帮我们解决了这个问题,网络层的“ip地址”可以唯一标识网络中的主机,而传输层的“协议+端口”可以唯一标识主机中的应用程序(进程)。这样利用三元组(ip地址,协议,端口)就可以标识网络的进程了,网络中的进程通信就可以利用这个标志与其它进程进行交互。
使用TCP/IP协议的应用程序通常采用应用编程接口:UNIX BSD的套接字(socket)和UNIX System V的TLI(已经被淘汰),来实现网络进程之间的通信。就目前而言,几乎所有的应用程序都是采用socket,而现在又是网络时代,网络中进程通信是无处不在。
2、 socket概念 标识每个端点IP地址和端口号称为套接字。socket={IP:PORT}。标识源IP地址,源port,目的IP 地址,目的port,协议统称为套接字对。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。
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。 一个Socket是一对IP地址和端口。 Socket可以看成在两个程序进行通讯连接中的一个端点,一个程序将一段信息写入Socket中,该Socket将这段信息发送给另外一个Socket中,使这段信息能传送到其他程序中。你可以这么理解:socket是进程之间用来对话的中间层工具。
二、 socket的作用
应用层通过传输层进行数据通信时,TCP和UDP会遇到同时为多个应用程序进程提供并发服务的问题。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协议交互提供了称为套接字(Socket)的接口,区分不同应用程序进程间的网络通信和连接。socket(套接字)是对 TCP/IP 或者UDP/IP协议的封装,Socket本身并不是协议,而是一个调用接口(API),通过Socket,我们才能使用TCP/IP协议。通过这个API程序员在开发网络应用程序的时候,就可以不用关心底层是怎么实现的,减轻开发的难度。
三、 socket的实现方式
1 、 socket的实现方式
生成套接字,socket是一个中间层工具,它存在于操作系统的内核。电脑上的进程为了真正通过socket来发送/接受数据,socket必须和一个能够进行数据传送的接口连接起来,再通过那个接口送出数据。这个接口就是端口,而这个连接的过程就叫做绑定。应用层就可以和传输层通过套接字接口(API),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。
假设有两个主机要进行通信 Host A和Host B Host A上的程序A将一段信息写入Socket中,Socket的内容被Host A的网络管理软件访问,并将这段信息通过Host A的网络接口卡发送到Host B,Host B的网络接口卡接收到这段信息后,传送给Host B的网络管理软件,网络管理软件将这段信息保存在Host B的Socket中,然后程序B才能在Socket中阅读这段信息。
2、 Socket连接的实现方式 要通过互联网进行通信,至少需要一对套接字,一个运行于客户机端,称之为ClientSocket,另一个运行于服务器端,称之为serverSocket。
基于Tcp协议的Socket通讯类似于B/S架构,面向连接,但不同的是服务器端可以向客户端主动推送消息。
先从服务器端说起。服务器端先初始化Socket,然后与端口绑定(bind),对端口进行监听(listen),调用accept阻塞,等待客户端连接。在这时如果有个客户端初始化一个Socket,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(connect),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,它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,连接就建立好了。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。
基于Udp协议是无连接模式通讯,占用资源少,响应速度快,延时低。至于可靠性,可通过应用层的控制来满足。(不可靠连接)
建立一个套接字(Socket)、绑定服务器端IP地址及端口号--服务器端、通过SendTo()方法向指定主机发送消息(需提供主机IP地址及端口)、通过ReciveFrom()方法接收指定主机发送的消息(需提供主机IP地址及端口)
四、 Socket与TCP/IP的关系
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则是对TCP/IP协议的封装和应用(程序员层面上)。也可以说,TPC/IP协议是传输层协议,主要解决数据 如何在网络中传输,而HTTP是应用层协议,主要解决如何包装数据。
1、TCP连接与HTTP连接的区别
HTTP是基于TCP的,客户端往服务端发送一个HTTP请求时第一步就是要建立与服务端的TCP连接,也就是先三次握手,“你好,你好,你好”。从HTTP 1.1开始支持持久连接,也就是一次TCP连接可以发送多次的HTTP请求。
小总结:HTTP基于TCP
2、TCP连接与Socket连接的区别
在图4.1中我们提到,socket层只是在TCP/UDP传输层上做的一个抽象接口层,因此一个socket连接可以基于TCP连接,也有可能基于UDP。基于TCP协议的socket连接同样需要通过三次握手建立连接,是可靠的;基于UDP协议的socket连接不需要建立连接的过程,不过对方能不能收到都会发送过去,是不可靠的,大多数的即时通讯IM都是后者。
小总结:Socket也基于TCP
3、HTTP连接与Socket连接的区别
区分这两个概念是比较有意义的,毕竟TCP看不见摸不着,HTTP与Socket是实实在在能用到的。
HTTP是短连接,Socket(基于TCP协议的)是长连接。尽管HTTP1.1开始支持持久连接,但仍无法保证始终连接。而Socket连接一旦建立TCP三次握手,除非一方主动断开,否则连接状态一直保持。
HTTP连接服务端无法主动发消息,Socket连接双方请求的发送先后限制。这点就比较重要了,因为它将决定二者分别适合应用在什么场景下。HTTP采用“请求-响应”机制,在客户端还没发送消息给服务端前,服务端无法推送消息给客户端。必须满足客户端发送消息在前,服务端回复在后。Socket连接双方类似peer2peer的关系,一方随时可以向另一方喊话。