🍓什么是socket？🍓
在网络编程中经常跟socket这个单词打交道，译为 “插座、插口”，而我们常称为”套接字“
联想现实生活中的插座、插口，如电脑的USB接口，其作用就是作为两个对象之间的数据收发或能量传递；同理，在网络编程中，socket就是通过插口接入的方式，快速的完成网络连接以及数据的收发。
上图是网络编程中，TCP客户端和服务器工作的核心逻辑。
网络编程中的基本流程：
- 在客户端发起连接请求前，服务器端先初始化
- 初始化socket
- 执行bind函数，将服务能力绑定在已知的地址和端口
- 执行listen函数，将基础socket转换为服务器端特有的socket
- 完成上述三个步骤后，阻塞在accept函数上，等待客户端发起连接请求
- 待服务器端初始化完成后，客户端发起连接请求
- 初始化socket
- 执行connect函数向服务器端的地址和端口发起连接请求
- 完成上述两个步骤后，此时客户端和服务器端已完成连接的建立，开始传输数据 注意：一旦连接建立，数据的传输就不是单向的，而是双向的，这是TCP特点之一
- 客户端进程向操作系统内核申请write字节流操作，将字节流通过网络设备传输到服务器端
- 服务器端从内核得到信息，将字节流从内核读入到进程中，开始后续的处理，完成后以同样方式将结果返回客户端
- 当客户端和服务器端完成交互动作后，需要和服务器端断开连接时，就需要执行close函数
- 系统内核通过原先的连接链路向服务器端发送一个FIN包，服务器收到后执行被动关闭，然后执行close函数
- 服务器端发送的FIN包没有被客户端接收到时，原先的连接仍是正常的，还可以继续进行数据的发送，只有在接收到FIN包时，整个链路才会完全关闭
上面四个步骤中的前两个步骤，就是平时常说的TCP三次握手。在这一系列的操作中，都始终通过一个媒介进行交流，就是socket。
🍓通俗的解释socket🍓
关于TCP网络交互以及数据传输的流程，大家通常都比喻为打电话，顺着这个思路，代入场景进行联想，就可以很好的从平常生活体验中理解网络编程
记住上面的核心逻辑图，按照上述的网络编程基本流程进行沉浸式代入理解
- 服务器端先初始化
- socket函数：我们手里的手机
- bind函数：比作我们去办一张手机卡，将手机卡插入到手机中，使得这个手机卡和手机绑定在一起，这样别人就可以通过这个号码，找到拿着这个手机的我们
- listen函数：就像我们手机电话铃声响起，知道有人给我们打电话这个信息
- accept函数：我们拿起手机，点击接听后，等待对方的消息
- 客户端初始化
- socket函数：别人的手机
- connect函数：别人拿起手机，拨通我们的手机号
- 上述两个步骤后，此时连接建立。我们能听到对方说话，对方也能听到我们说话
- 客户端write函数：别人发起问候：”你好！是靓仔吗？“
- 服务器端read函数：我们听到别人真挚的问候，确认通话正常
- 服务器端write函数：我们回到：”是的，我是靓仔。有事请说……“
- 客户端read函数：别人接收到我们的回复，确认通话正常
- 客户端write函数：别人：”下面我要通知你的是恭喜你完成四级英语考试，成绩为424分……“
- ……
- 当别人事情交待完成后，要结束本次通话了
- 客户端close函数：别人：”这是我要说的所有事了，如果你没有事了，我们就结束此次通话吧！“，此时状态为等待挂断（别人没听到我们的回复前，不确定我们是否还有事，所以会处于等待关闭状态）
- 服务器端close函数：我们：”我这边没有什么事了，谢谢你的告知！“，挂断了电话。此时我们是已经挂断了电话，通话处于半关闭状态
- 客户端：接收到我们的挂断信息后，别人也挂断了电话。本次通话结束
在整个通话过程中，手机（socket）是我们交流的工具，这就是socket的作用。
🍓套接字地址格式🍓
什么是套接字地址？在前面我们说到了，网络通信的关键在于使用socket建立连接，而连接的基础是双方地址已知，否则就会导致无头苍蝇到处飞。套接字地址就是前面通俗解释中所说的bind()函数中的电话卡操作，而现实中电话又分两种模式：1. 常用手机电话（如16866666666）；2. 固定电话（如(010)123456）
网络编程中，套接字地址格式通常分为三类：
- AF_LOCAL：本地地址，对应Unix套接字，由名字可知常用于本地socket通信
- AF_INET：互联网常用的IPv4地址格式
- AF_INET6：为解决IPv4地址数量不足而新增的IPv6地址格式
上面三种套接字类型中都含有一个共同点：”AF_“，AF其实是 “Address Family” 的英文单词缩写，译为地址族；还有一种网络编程中常见的族：”PF”，即“Protocol Family”，译为协议族。通常AF用于初始化socket地址，PF用于初始化scoket。通过<sys/socket.h>头文件，可以找到各种地址族的宏定义
/* Macro definitions of various address families */
#define AF_UNSPEC PF_UNSPEC
#define AF_LOCAL PF_LOCAL
#define AF_UNIX PF_UNIX
#define AF_FILE PF_FILE
#define AF_INET PF_INET
#define AF_AX25 PF_AX25
#define AF_IPX PF_IPX
#define AF_APPLETALK PF_APPLETALK
#define AF_NETROM PF_NETROM
#define AF_BRIDGE PF_BRIDGE
#define AF_ATMPVC PF_ATMPVC
#define AF_X25 PF_X25
#define AF_INET6 PF_INET6
🍅IPv4🍅
/* IPV4套接字地址，32bit值. */
typedef uint32_t in_addr_t;
struct in_addr
{
in_addr_t s_addr;
};
/* 描述IPV4的套接字地址格式 */
struct sockaddr_in
{
sa_family_t sin_family; /* 16-bit */
in_port_t sin_port; /* 端口号 16-bit*/
struct in_addr sin_addr; /* Internet address. 32-bit */
/* 这里仅仅用作占位符，不做实际用处 */
unsigned char sin_zero[8];
};
上面是IPv4套接字地址格式的结构体定义。
- 16 bit的 sin_family 字段：IPv4中就是前面所说的AF_INET
- 16 bit的 sin_port 字段：支持最大2^16次方个数的端口号，即每个地址最多可有65536个端口号
- 32 bit的 sin_addr 字段：最多支持2^32次方（约为42亿）个ip地址，这是一个非常大的数量，但是对于全球来说，显然不够，所以就有了IPv6的设计（注意该字段中的类型还有结构体定义）
小问题：端口号中所有端口都可以随意使用吗？
不是的，上一节知识里有提到过一个知识点——众所周知的端口号。在这里解释一下什么是众所周知的端口号，其实就是互联网发展初期，大家约定好用于某些途径一定会占用的端口号，已经被对应服务广为使用，其他人不能在随意使用这些端口号。具体有哪些保留端口可以百度一下保留端口
🍅IPv6🍅
struct sockaddr_in6
{
sa_family_t sin6_family; /* 16-bit */
in_port_t sin6_port; /* 传输端口号 # 16-bit */
uint32_t sin6_flowinfo; /* IPv6流控信息 32-bit*/
struct in6_addr sin6_addr; /* IPv6地址128-bit */
uint32_t sin6_scope_id; /* IPv6域ID 32-bit */
};
上面是IPv6套接字地址格式的结构体定义。
- 16 bit的 sin_family 字段：IPv6中即为AF_INET6
- 16 bit 的 sinz-port 字段 ：与IPv4中定义的范围一样
- 32 bit的流控信息字段 ：该字段暂时未用到
- 128 bit的 sin6_addr 字段：相比IPv4的32 bit，IPv6的 地址字段增大到了 128 bit，这就解决了IPv4地址数量不足的问题
- 32 bit的域ID字段 ：该字段暂时未用到
🍅本地套接字地址🍅
struct sockaddr_un {
unsigned short sun_family; /* 固定为 AF_LOCAL */
char sun_path[108]; /* 路径名 */
};
上面是AF_LOCAL的地址格式结构体定义。
- sun-family：固定为AF_LOCAL地址族
- sun_path ：最长108字节的 路径地址
从第二个字段就可以看出这是一个用于本地进程间通信的地址格式，直接通过本地文件路径进行通信
🉑总结🉑
- socket 是我们用来建立连接，传输数据的唯一途径
- 网络通信就需要用到地址族和地址，地址族用于双方约定的格式，地址用于双方寻址。对远程网络通信而言，只知道地址还不行，还需要用到端口来锁定唯一的目标；对于本地通信，文件路径即决定了唯一的目标，所以IPv4/IPv6需要用到端口号，而本地套接字不需要用到端口号