LV06-03-网络编程-01-socket基础
本文主要是网络编程——socket基础知识的相关笔记，若笔记中有错误或者不合适的地方，欢迎批评指正😃。
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| STM32开发板 | 正点原子战舰V3(STM32F103ZET6) |
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一、什么是socket
1. scoket概述
socket 的原意是插座，插口，但是在计算机通信领域，socket 被翻译为套接字，它是计算机之间进行通信的一种约定或一种方式。它是一个编程接口，是一种特殊的文件描述符 (everything in Unix is a file)，它并不仅限于TCP/IP协议，我们可以使用它来进行面向连接 (如Transmission Control Protocol - TCP/IP)的编程，也可以使用它进行面向无连接 (如User Datagram Protocol -UDP 和 Inter-network Packet Exchange - IPX)的编程。
我们通过 socket 这种约定，一台计算机可以接收其他计算机的数据，也可以向其他计算机发送数据。为了与远程计算机进行数据传输，还可能需要连接到因特网，而 socket 就是用来连接到因特网的工具。
socket 的典型应用就是 Web 服务器和浏览器：浏览器获取用户输入的 URL，向服务器发起请求，服务器分析接收到的 URL，将对应的网页内容返回给浏览器，浏览器再经过解析和渲染，就将文字、图片、视频等元素呈现给用户。
2. Linux中的socket
在UNIX/Linux系统中，为了统一对各种硬件的操作，简化接口，不同的硬件设备也都被看成一个文件。对这些文件的操作，等同于对磁盘上普通文件的操作。为了表示和区分已经打开的文件，UNIX/Linux 会给每个文件分配一个 ID，这个 ID 就是一个整数，被称为文件描述符（File Descriptor），其实这个在前边学习文件IO的时候就了解过这个概念了。
UNIX/Linux 程序在执行任何形式的 I/O 操作时，都是在读取或者写入一个文件描述符。一个文件描述符只是一个和打开的文件相关联的整数，它的背后可能是一个硬盘上的普通文件、FIFO、管道、终端、键盘、显示器，甚至是一个网络连接。需要注意的是网络连接也是一个文件，它也有文件描述符。
Linux内核向应用层提供了socket接口，对于应用程序开发人员来说，我们只需要调用socket接口开发自己的应用程序即可。socket是应用层与TCP/IP协议通信的中间软件抽象层，它是一组接口。在设计模式中，socket其实就相当于一个门面模式，它把复杂的TCP/IP协议隐藏在socket接口后面，对我们来说，一组简单的接口就是全部，让socket去组织数据，以符合指定的协议。
所以，我们无需深入的去理解TCP、UDP等各种复杂的TCP/IP协议，前边学习过了，确实超级复杂，但是socket已经为我们封装好了，我们只需要遵循socket的规则去编程，写出的程序自然遵循TCP、UDP协议。
在Linux中，我们可以通过 socket() 函数来创建一个网络连接实现，或者说打开一个网络文件，socket() 的返回值就是文件描述符。有了文件描述符，我们就可以使用普通的文件操作函数来传输数据了，例如：
- 用
read()读取从远程计算机传来的数据； - 用
write()向远程计算机写入数据。
3. Windows中的socket
Windows 也有类似文件描述符的概念，但通常被称为文件句柄。与 UNIX/Linux 不同的是，Windows 会区分 socket 和文件，Windows 就把 socket 当做一个网络连接来对待，因此需要调用专门针对 socket 而设计的数据传输函数，针对普通文件的输入输出函数就无效了。
二、套接字的类型
世界上有很多种套接字（socket），比如 DARPA Internet 地址（Internet 套接字）、本地节点的路径名（Unix套接字）、CCITT X.25地址（X.25 套接字）等。我正在学习的是Internet 套接字，它是最具代表性的，也是最经典最常用的。
根据数据传输的方式，可以将 Internet 套接字分成三种类型：流式套接字、数据报套接字和原始套接字。通过 socket 创建连接时，我们必须要告诉它使用哪种数据传输方式才行。
1. 流式套接字(SOCK_STREAM)
流格式套接字（Stream Sockets）也叫“面向连接的套接字”，一般在程序中使用 SOCK_STREAM 表示。它提供了一个面向连接、可靠的数据传输服务，数据无差错、无重复的发送且按发送顺序接收。内设置流量控制，避免数据流淹没慢的接收方。数据被看作是字节流，无长度限制。
可以将 SOCK_STREAM 看成一条传送带，只要传送带本身没有问题（不断网），就能保证数据不丢失；同时，较晚传送的数据不会先到达，较早传送的数据不会晚到达，这就保证了数据是按照顺序传递的。
流式套接字可以保证数据高质量的传输，这是因为它使用了 TCP 协议（The Transmission Control Protocol，传输控制协议），前边我们已经了解过了，TCP 协议会控制我们的数据按照顺序到达并且没有错误。
浏览器所使用的 http 协议就基于面向连接的套接字，因为必须要确保数据准确无误，否则加载的 HTML 将无法解析。
2. 数据报套接字(SOCK_DGRAM)
数据报格式套接字（Datagram Sockets）也叫“无连接的套接字”，在程序中使用 SOCK_DGRAM 表示，它提供无连接服务。数据包以独立数据包的形式被发送，不提供无差错保证，数据可能丢失或重复，顺序发送，可能乱序接收，并且数据传输的时候数据包的长度是有限制的吗，一般是32KB。
所以使用此种套接字的话，计算机只管传输数据，不作数据校验，如果数据在传输中损坏，或者没有到达另一台计算机，是没有办法补救的。也就是说，数据错了就错了，无法重传。但是恰恰因为数据报套接字所做的校验工作少，所以在传输效率方面比流格式套接字要高。
总的来说，数据报套接字是一种不可靠的、不按顺序传递的、以追求速度为目的的套接字。它使用的是UDP（User Datagram Protocol，用户数据报协议）协议。
一般我们使用的QQ 视频聊天和语音聊天就使用 SOCK_DGRAM 来传输数据
3. 原始套接字(SOCK_RAW)
原始套接字(SOCK_RAW)适用于实现IP数据包通信，可以对较低层次协议如IP、ICMP直接访问。该套接字一般不会出现在高级网络接口中，它常用于侦听及分析数据包，广泛应用于高级网络编程。使用原始套接字存在络应用程序的兼容性问题，所以一般不推荐使用原始套接字。
三、工作在哪？
socket是用于实现TCP和UDP协议的，它就工作在传输层了，但是不能做访问网页这样的事情，因为访问网页所需要的 http 协议位于应用层。