基本的 Socket 模型

什么是Socket

Socket 的中文名叫作插口，咋一看还挺迷惑的。事实上，双方要进行网络通信前，各自得创建一个 Socket，这相当于客户端和服务器都开了一个“口子”，双方读取和发送数据的时候，都通过这个“口子”。这样一看，是不是觉得很像弄了一根网线，一头插在客户端，一头插在服务端，然后进行通信。创建 Socket 的时候，可以指定网络层使用的是 IPv4 还是 IPv6，传输层使用的是 TCP 还是 UDP。

建立过程

服务端首先调用?socket()?函数，创建网络协议为 IPv4，以及传输协议为 TCP 的 Socket ，接着调用?bind()?函数，给这个 Socket 绑定一个?IP 地址和端口，绑定这两个的目的是什么？

• 绑定端口的目的：当内核收到 TCP 报文，通过 TCP 头里面的端口号，来找到我们的应用程序，然后把数据传递给我们。
• 绑定 IP 地址的目的：一台机器是可以有多个网卡的，每个网卡都有对应的 IP 地址，当绑定一个网卡时，内核在收到该网卡上的包，才会发给我们；

绑定完 IP 地址和端口后，就可以调用?listen()?函数进行监听，此时对应 TCP 状态图中的?listen，如果我们要判定服务器中一个网络程序有没有启动，可以通过?netstat?命令查看对应的端口号是否有被监听。

服务端进入了监听状态后，通过调用?accept()?函数，来从内核获取客户端的连接，如果没有客户端连接，则会阻塞等待客户端连接的到来。

那客户端是怎么发起连接的呢？客户端在创建好 Socket 后，调用?connect()?函数发起连接，该函数的参数要指明服务端的 IP 地址和端口号，然后万众期待的 TCP 三次握手就开始了。

在 TCP 连接的过程中，服务器的内核实际上为每个 Socket 维护了两个队列：

• 一个是「还没完全建立」连接的队列，称为?TCP 半连接队列，这个队列都是没有完成三次握手的连接，此时服务端处于?syn_rcvd?的状态；
• 一个是「已经建立」连接的队列，称为?TCP 全连接队列，这个队列都是完成了三次握手的连接，此时服务端处于?established?状态；

当 TCP 全连接队列不为空后，服务端的?accept()?函数，就会从内核中的 TCP 全连接队列里拿出一个已经完成连接的 Socket 返回应用程序，后续数据传输都用这个 Socket。

注意，监听的 Socket 和真正用来传数据的 Socket 是两个：

• 一个叫作监听 Socket；
• 一个叫作已连接 Socket；

连接建立后，客户端和服务端就开始相互传输数据了，双方都可以通过?read()?和?write()?函数来读写数据。

至此， TCP 协议的 Socket 程序的调用过程就结束了，整个过程如下图：

基于 Linux 一切皆文件的理念，在内核中 Socket 也是以「文件」的形式存在的，也是有对应的文件描述符。