iOS開發— Socket編程

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Socket編程

一、瞭解網路各個協議：TCP/IP、SOCKET、HTTP等

網路七層由下往上分別為物理層、資料連結層、網路層、傳輸層、會話層、展示層和應用程式層。

其中物理層、資料連結層和網路層通常被稱作媒體層，是網路工程師所研究的對象；

傳輸層、會話層、展示層和應用程式層則被稱作主機層，是使用者所面向和關心的內容。

 http協議   對應於應用程式層 

 tcp協議    對應於傳輸層  

 ip協議     對應於網路層 

 

 三者本質上沒有可比性。  何況HTTP協議是基於TCP串連的。 

 TCP/IP是傳輸層協議，主要解決資料如何在網路中傳輸；而HTTP是應用程式層協議，主要解決如何封裝資料。

 我 們在傳輸資料時，可以只使用傳輸層（TCP/IP），但是那樣的話，由於沒有應用程式層，便無法識別資料內容，如果想要使傳輸的資料有意義，則必須使用應用程式層 協議，應用程式層協議很多，有HTTP、FTP、TELNET等等，也可以自己定義應用程式層協議。WEB使用HTTP作傳輸層協議，以封裝HTTP文本資訊，然 後使用TCP/IP做傳輸層協議將它發送到網路上。Socket是對TCP/IP協議的封裝，Socket本身並不是協議，而是一個調用介面（API），通過Socket，我們才能使用TCP/IP協議。

二、Http,Https和Socket串連區別

 相信不少初學手機連網開發的朋友都想知道Http與Socket串連究竟有什麼區別，希望通過自己的淺顯理解能對初學者有所協助。

TCP/IP五層模型的協議分為：應用程式層、傳輸層、網路層、資料連結層和物理層。中繼器、集線器、還有我們通常說的雙絞線也工作在物理層；橋接器（現已很少使用）、乙太網路交換器（二層交換器）、網卡（其實網卡是一半工作在物理層、一半工作在資料連結層）在資料連結層；路由器、三層交換器在網路層；傳輸層主要是四層交換器、也有工作在四層的路由器。

TCP/IP協議中的應用程式層處理七層模型中的第五層、第六層和第七層的功能。TCP/IP協議中的傳輸層並不能總是保證在傳輸層可靠地傳輸資料包，而七層模型可以做到。TCP/IP協議還提供一項名為UDP（使用者資料包通訊協定）的選擇。UDP不能保證可靠的資料包傳輸。

• TCP：連線導向、傳輸可靠(保證資料正確性,保證資料順序)、用於傳輸大量資料(流模式)、速度慢，建立串連需要開銷較多(時間，系統資源)。

• UDP：面向非串連、傳輸不可靠、用於傳輸少量資料(資料包模式)、速度快。

   

  TCP是一種流模式的協議，UDP是一種資料報模式的協議。

  在傳輸資料時，可以只使用傳輸層（TCP/IP），但是那樣的話，由於沒有應用程式層，便無法識別資料內容，如果想要使傳輸的資料有意義，則必須使用應用程式層協議（HTTP、FTP、TELNET等），也可以自己定義應用程式層協議。

  WEB使用HTTP作傳輸層協議，以封裝HTTP文本資訊，然後使用TCP/IP做傳輸層協議將它發送到網路上。Socket是對TCP/IP協議的封裝，Socket本身並不是協議，而是一個調用介面（API），通過Socket，我們才能使用TCP/IP協議。

   

 

2.1、TCP串連

要想明白Socket串連，先要明白TCP串連。手機能夠使用連網功能是因為手機底層實現了TCP/IP協議，可以使手機終端通過無線網路建立TCP串連。TCP協議可以對上層網路提供介面，使上層網路資料的傳輸建立在“無差別”的網路之上。

建立起一個TCP串連需要經過“三向交握”：

第一次握手：用戶端發送syn包(syn=j)到伺服器，並進入SYN_SEND狀態，等待伺服器確認；

第二次握手：伺服器收到syn包，必須確認客戶的SYN（ack=j+1），同時自己也發送一個SYN包（syn=k），即SYN+ACK包，此時伺服器進入SYN_RECV狀態；

第三向交握：用戶端收到伺服器的SYN＋ACK包，向伺服器發送確認包ACK(ack=k+1)，此包發送完畢，用戶端和伺服器進入ESTABLISHED狀態，完成三向交握。

握 手過程中傳送的包裡不包含資料，三向交握完畢後，用戶端與伺服器才正式開始傳送資料。三向交握(Three-way Handshake)即建立一個TCP串連時，需要用戶端和伺服器總共發送3個包。三向交握的目的是串連伺服器指定連接埠，建立TCP串連,並同步串連雙方的序號和確認號並交換TCP 視窗大小資訊。在socket編程中，用戶端執行connect()時,將觸發三向交握。

握手過程中傳送的包裡不包含資料，三向交握完畢後，用戶端與伺服器才正式開始傳送資料。理想狀態下，TCP串連一旦建立，在通訊雙方中的任何一方主動關閉串連之前，TCP 串連都將被一直保持下去。中斷連線時伺服器和用戶端均可以主動發起斷開TCP串連的請求，斷開過程需要經過“四次握手”。

TCP串連的拆除需要發送四個包，因此稱為四次握手(four-way handshake)。在socket編程中，任何一方執行close()操作即可產生握手（有地方稱為“揮手”）操作。

之所以有“三向交握”和“四次握手”的區別，是因為串連時當Server端收到Client端的SYN串連請求報文後，可以直接發送SYN+ACK報文。其中ACK報文是用來應答的，SYN報文是用來同步的。但是關閉串連時，當Server端收到FIN報文時，很可能並不會立即關閉SOCKET，所以只能先回複一個ACK報文，告訴Client端，”你發的FIN報文我收到了”。只有等到我Server端所有的報文都發送完了，我才能發送FIN報文，因此不能一起發送。故需要四步握手。

 

2.2、HTTP串連

HTTP協議即超文本傳送協議(HypertextTransfer Protocol )，是Web連網的基礎，也是手機連網常用的協議之一，HTTP協議是建立在TCP協議之上的一種應用。

HTTP串連最顯著的特點是用戶端發送的每次請求都需要伺服器回送響應，在請求結束後，會主動釋放串連。從建立串連到關閉串連的過程稱為“一次串連”。

1）在HTTP 1.0中，用戶端的每次請求都要求建立一次單獨的串連，在處理完本次請求後，就自動釋放串連。

2）在HTTP 1.1中則可以在一次串連中處理多個請求，並且多個請求可以重疊進行，不需要等待一個請求結束後再發送下一個請求。

由 於HTTP在每次請求結束後都會主動釋放串連，因此HTTP串連是一種“短串連”，要保持用戶端程式的線上狀態，需要不斷地向伺服器發起串連請求。通常的 做法是即時不需要獲得任何資料，用戶端也保持每隔一段固定的時間向伺服器發送一次“保持串連”的請求，伺服器在收到該請求後對用戶端進行回複，表明知道客 戶端“線上”。若伺服器長時間無法收到用戶端的請求，則認為用戶端“下線”，若用戶端長時間無法收到伺服器的回複，則認為網路已經斷開。

HTTPS（Hyper Text Transfer Protocol over Secure Socket Layer），是以安全為目標的HTTP通道，是HTTP的安全版。 在HTTP下加入SSL層，HTTPS的安全基礎是SSL，因此加密的詳細內容就需要SSL。 HTTPS存在不同於HTTP的預設連接埠及一個加密/身分識別驗證層（在HTTP與TCP之間）。HTTP協議以明文方式發送內容，不提供任何方式的資料加密，如果攻擊者截取了Web瀏覽器和網站伺服器之間的傳輸報文，就可以直接讀懂其中的資訊，因此HTTP協議不適合傳輸一些敏感資訊。

https協議需要到ca申請認證；http是超文字傳輸通訊協定 (HTTP)，資訊是明文傳輸，https 則是具有安全性的ssl加密傳輸協議；http和https使用的是完全不同的串連方式，用的連接埠也不一樣，前者是80，後者是443；http的串連很簡單，是無狀態的，HTTPS協議是由SSL+HTTP協議構建的可進行加密傳輸、身份認證的網路通訊協定。

三、SOCKET原理

3.1、通訊端（socket）概念

通訊端（socket）是通訊的基石，是支援TCP/IP協議的網路通訊的基本操作單元。它是網路通訊過程中端點的抽象表示，包含進行網路通訊必須的五種資訊：串連使用的協議，本地主機的IP地址，本地進程的協議連接埠，遠地主機的IP地址，遠地進程的協議連接埠。

應 用層通過傳輸層進行資料通訊時，TCP會遇到同時為多個應用程式進程提供並發服務的問題。多個TCP串連或多個應用程式進程可能需要通過同一個 TCP協議連接埠傳輸資料。為了區別不同的應用程式進程和串連，許多電腦作業系統為應用程式與TCP／IP協議互動提供了通訊端(Socket)介面。應 用層可以和傳輸層通過Socket介面，區分來自不同應用程式進程或網路連接的通訊，實現資料轉送的並發服務。

3.2 、建立socket串連

建立Socket串連至少需要一對通訊端，其中一個運行於用戶端，稱為ClientSocket，另一個運行於伺服器端，稱為ServerSocket。

通訊端之間的串連過程分為三個步驟：伺服器監聽，用戶端請求，串連確認。

伺服器監聽：伺服器端通訊端並不定位具體的用戶端通訊端，而是處於等待串連的狀態，即時監控網路狀態，等待用戶端的串連請求。

用戶端請求：指用戶端的通訊端提出串連請求，要串連的目標是伺服器端的通訊端。為此，用戶端的通訊端必須首先描述它要已連線的服務器的通訊端，指出伺服器端通訊端的地址和連接埠號碼，然後就向伺服器端通訊端提出串連請求。

連 接確認：當伺服器端通訊端監聽到或者說接收到用戶端通訊端的串連請求時，就響應用戶端通訊端的請求，建立一個新的線程，把伺服器端通訊端的描述發給客戶 端，一旦用戶端確認了此描述，雙方就正式建立串連。而伺服器端通訊端繼續處於監聽狀態，繼續接收其他用戶端通訊端的串連請求。

 3.3、SOCKET串連與TCP串連

建立Socket串連時，可以指定使用的傳輸層協議，Socket可以支援不同的傳輸層協議（TCP或UDP），當使用TCP協議進行串連時，該Socket串連就是一個TCP串連。

 3.4、Socket串連與HTTP串連

由 於通常情況下Socket串連就是TCP串連，因此Socket串連一旦建立，通訊雙方即可開始相互發送資料內容，直到雙方串連斷開。但在實際網路應用 中，用戶端到伺服器之間的通訊往往需要穿越多個中間節點，例如路由器、網關、防火牆等，大部分防火牆預設會關閉長時間處於非活躍狀態的串連而導致 Socket 串連斷連，因此需要通過輪詢告訴網路，該串連處於活躍狀態。

而HTTP串連使用的是“請求—響應”的方式，不僅在請求時需要先建立串連，而且需要用戶端向伺服器發出請求後，伺服器端才能回複資料。

很 多情況下，需要伺服器端主動向用戶端推送資料，保持用戶端與伺服器資料的即時與同步。此時若雙方建立的是Socket串連，伺服器就可以直接將資料傳送給 用戶端；若雙方建立的是HTTP串連，則伺服器需要等到用戶端發送一次請求後才能將資料傳回給用戶端，因此，用戶端定時向伺服器端發送串連請求，不僅可以 保持線上，同時也是在“詢問”伺服器是否有新的資料，如果有就將資料傳給用戶端。

 

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