TCP&UDP&Socket讲解(上)

Easter79
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这两天我将整理TCP&UDP&Socket,大约花大家10-15分钟之间,希望本篇文章让大家对TCP使用的理解提高一个层次。

 建议大家拿出纸和笔,画一下!!!

一、TCP

1. TCP位于传输层,英语全称为Transmission Control Protocol ,又名传输控制协议;UDP英语全称为User Datagram Protocol,又名用户数据报协议。

看到一个名词(红色标出)传输层,在讲解传输层之前,我们看一下协议的体系结构如下图:

TCP&UDP&Socket讲解(上)

摘自计算机网络第七版第一章图

  • OSI的七层协议体系结构的概念更清楚,也比较完整,但是因为复杂又不太使用
  • TCP/IP是四层体系结构,应用层,运输层,网际层以及网络接口层,但是网络接口层并没有太多的实际内容
  • 所以在我们使用总采取折中的办法,综合了OSI和TCP/IP的优点,采用一种五层协议的体系结构

2. 五层协议的体系结构

TCP&UDP&Socket讲解(上)

摘自计算机网络第七版第一章图

  1. 应用层:为用户的应用程序直接提供服务;HTTP、SMTP等协议,数据单元为报文
  2. 运输层:负责的任务就是两个主机中进程之间的通讯提供数据传输服务,TCP或者UDP,数据单元为报文段,用户数据报
  3. 网络层:负责在分组交换网上的不同主机提供了通信服务,IP等协议,数据单元为分组(IP数据报、数据报)
  4. 数据链路层:将网络层传下的数据报组装成帧并传送
  5. 物理层:传送比特流,数据单元:比特

3.端口

  1. 服务器端使用的端口号
  • 熟知端口,也就是数值一般为0~1023
  • 登记端口号:数值为1024~49151,为没有熟知端口号的程序所使用的,但是使用这个范围的端口号必须在IANA机构上进行登记,为了防止重复

  2.客户端的所使用的端口号

  • 此端口号也称为短暂端口号,数值为49152~65535,留给客户进程选择暂时使用的。

下图为常用的熟知端口号图:

TCP&UDP&Socket讲解(上)

摘自计算机网络第七版第5章图

4.TCP连接建立

  1. TCP建立连接的过程叫做握手。
  2. 握手是需要客户和服务器之间交换三个TCP报文段,称为三报文握手。
  3. 采用三次握手主要是为了防止已经失效的连接请求报文段突然又开始工作啦,因而发生错误,为了保证可靠性传输。

下面连接TCP的三次握手的示意图,并加以解释,建议大家拿出一张纸,画出这个结构。

TCP&UDP&Socket讲解(上)

三次握手的第一次

TCP&UDP&Socket讲解(上) 三次握手的第二次

TCP&UDP&Socket讲解(上)

三次握手的第三次

5. TCP的连接释放

  1. 数据传输结束后,通信的双方都可以把连接进行释放。
  2. TCP连接的释放需要四报文握手,也就是四次握手。

下面连接TCP的四次握手的示意图,并加以解释,建议大家拿出一张纸,画出这个结构。

TCP&UDP&Socket讲解(上)

释放连接第一步

TCP&UDP&Socket讲解(上)

释放连接第二步

TCP&UDP&Socket讲解(上)

释放连接第三步

TCP&UDP&Socket讲解(上)

释放连接第四步

拓展>>

  1. TCP建立连接为什么是三次握手,关闭连接是四次握手?
  • 关闭连接的时候,当收到对方的FIN报文通知的时候,它的意思仅仅是表示对方没有数据发送给你了;但是未必你所有要发送的数据全部都发给对方了,所以未必会马上关闭Socket连接,也是你需要放松一些数据给对方,再然后发送FIN报文给对方表示同意现在关闭Socket连接,在这里ACK报文和FIN报文大多数情况是分开发送,这样就解释关闭连接是四次握手啦。

 上面讲述了TCP的连接和释放的基本过程,下面我们来讲解另一个重要的知识点Socket。

二、Socket

2.1 Socket概念

Socket又名套接字,是通信的基石,也是来支持TCP/IP协议的网络通信操作的基本单元。应用层这样可以和传输层协议通过Socket接口,来区分不同程序进程或者网络的通信,以此来实现网络传输的并发。

2.2 Socket连接

2.2.1 Socket的建立连接至少需要一对套接字来完成,一个运行于客户端,也被我们称为ClientSocket,一个运行于服务器端,也被叫为ServerSocket。

2.2.2 Socket的连接过程有三个步骤

  1. 服务器监听
  2. 客户端请求
  3. 连接确认

(1)服务器监听:服务器的套接字并不定位具体的来自客户端的套接字,而是一种等待连接的状态,通过实时监控网络状态,来等待客户端的连接请求。

(2)客户端请求:指ClientSocket发起连接请求,请求要连接到ServerSocket,在这其中需要指出ServerSocket的地址和端口号,这样向服务器ServerSocket提出发出请求。

(3)当ServerSocket监听到ClientSocket发送过来的套接字请求时,就响应客户端套接字请求,建立一个线程,把ServerSocket描述发给客户端,一旦Client确认了,双方就建立连接。

2.2.3 下面看一下Socket编程原理图(细看)

TCP&UDP&Socket讲解(上)

Socket工作图

 (1)server(服务器必要代码)

  1. fd=socket(int domain,int type,int protocol)

  上面fd代表是这个服务器,也可以说获得了一个标识,可以通过fd访问到该服务器。下面讲解参数

  • domain:协议族或者协议域。
  • type:指定了socket类型。
  • protocal:指定了协议,TCP协议,UDP协议。

  2. int bind(int sockfd,const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen)--bind翻译中文为绑定

  意思是把上面socket()出来的标志符fd和真实的服务器地址进行绑定。

  • sockfd:就是上面的那个fd
  • addr:表示要绑定的地址(服务器端的ip和端口),所以我们调用blind函数之前需要我们首先设置一下结构体
  • addrlen:代表对应地址的长度
  • 返回值:失败返回-1 ,成功则返回0

  3. int listen(intsocketfd,intbacklog)

  此函数调用后,当client客户端调用一个叫connect函数,connect发出连接请求时,服务器会收到请求。如果Listen函数一旦调用,fd就将变成被动的套接字(以后只能等别人来连接,自己不能主动发出连接)

  • socketfd:是1中的fd
  • backlog:可以排队的最大连接个数

  4. int accept( int sockfd,structsockaddr *addr , socklen_t *addrlen)

  代表从已完成的连接队列的返回第一个连接,如果已经完成的连接队列为空,则会阻塞。

  • sockfd:就是1中fd
  • addr:获得对方的地址存在这个结构中,这个地址指的是客户端的地址
  • addrlen:代表地址长度
  • 返回值:失败返回-1 ,成功时返回客户端的fd

  5.recv()/send()或者read()/write()

  都是为了数据的收发操作

(2)Client(客户端)

  1. fd = socket()

  目的是获得客户端的唯一标识fd

  2. int connect(int sockfd,const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen)

  目的是把客户端连接到服务器,调用此函数后服务器的accept函数就会收到这个连接。

  • sockfd:相当于客户端的唯一标识fd
  • addr:代表要连接的服务器地址
  • 返回值:失败-1,成功0

  3. recv()/send()或者read()/write()

  解释同上

本篇博客主要是一些概念性问题,希望对大家对TCP&UDP&Socket的认识有所增加,下篇将讲述TCP-Socket使用和讲解!!!

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