iOS Socket理論知識

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iOS Socket理論知識序言

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稱,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協議對應與應用程式層
• TCP/UDP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。

什麼是Socket?

Socket又稱之為“通訊端”，是系統提供的用於網路通訊的方法。它的實質並不是一種協議，沒有規定電腦應當怎麼樣傳遞訊息，只是給程式員提供了一個發送訊息的介面，程式員使用這個介面提供的方法，發送與接收訊息。
Socket描述了一個IP、連接埠對。它簡化了程式員的操作，知道對方的IP以及PORT就可以給對方發送訊息，再由伺服器端來處理髮送的這些訊息。所以，Socket一定包含了通訊的雙方，即用戶端（Client）與服務端（server）。

TCP

TCP是連線導向的、傳輸可靠(保證資料正確性且保證資料順序)、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)。
TCP是一種流模式的協議，是連線導向的，也就是說，在串連持續的過程中，socket中收到的資料都是由同一台主機發出的（劫持什麼的不考慮），因此，知道保證資料是有序的到達就行了，至於每次讀取多少資料不關心。

TCP三向交握

所謂三向交握(Three-way Handshake)，是指建立一個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（圖片來源於網路）：

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SYN（synchronous）是同步標誌；ACK (Acknowledgement）是確認標誌，seq是序號。

• 第一次握手：用戶端發送一個TCP的SYN標誌位置1的包，指明客戶打算已連線的服務器的連接埠，以及初始序號X,儲存在包頭的序號欄位裡。
• 第二次握手：伺服器發回確認包(ACK)應答。即SYN標誌位和ACK標誌位均為1同時，將確認序號設定為客戶的序號加1以，即X+1。
• 第三向交握：用戶端再次發送確認包(ACK) SYN標誌位為0，ACK標誌位為1。並且把伺服器發來ACK的序號欄位+1，放在確定欄位中發送給對方.並且在資料區段放寫序號的+1。

關於三向交握，知乎上有個段子我覺得挺好的。

「喂喂喂，能聽到嗎？」
「沒問題。能聽到就回一聲。」
「沒問題。」

TCP四次揮手

四次揮手的流程:
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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。

TCP用戶端-伺服器程式設計基本架構

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UDP

UDP是面向無串連、傳輸不可靠、用於傳輸少量資料(資料包模式)、速度快的傳輸層協議。注意，UDP傳輸的是資料報包，而TCP是流。

UDP是面向不需連線的協議，只要知道接收端的IP和連接埠，且網路是可達的，任何主機都可以向接收端發送資料。這時候，如果一次能讀取超過一個報文的資料，則會亂套。比如，主機A向發送了報文P1，主機B發送了報文P2，如果能夠讀取超過一個報文的資料，那麼就會將P1和P2的資料合併在了一起，這樣的資料是沒有意義的。

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UDP用戶端-服務端程式設計基本架構

Socket的通訊過程

每一個應用或者說服務都有一個連接埠。比如DNS的連接埠號碼53，http的連接埠號碼80都是對應一個應用或者服務的連接埠。我們能由DNS請求到查詢資訊，是因為DNS伺服器時時刻刻都在監聽53連接埠，當收到我們的查詢請求以後，就能夠返回我們想要的IP資訊。所以，從程式設計上來講，應該包含以下步驟：

• 服務端利用Socket監聽連接埠；
• 用戶端發起串連；
• 服務端返回資訊，建立串連，開始通訊；
• 用戶端，服務端中斷連線。

Socket原理

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。

應用程式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。應用程式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。

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：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

• 串連確認：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用戶端，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

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