Socket的通信原理和使用

 目录

一、什么是 Socket？

二、Socket 通信过程

        2.1 通信过程介绍

       2.2 实现TCP建立连接的三次握手过程

 三、 使用Socket进行通信【php】

        3.1 PHP中Socket常量和函数介绍

        3.2 php实现Socket通信过程 

一、什么是 Socket？

Socket 的中文翻译过来就是“套接字”。套接字是什么，我们先来看看它的英文含义：插座。

socket起源于Unix，而Unix/Linux基本哲学之一就是“一切皆文件”，都可以用“打开open –> 读写write/read –> 关闭close”模式来操作。我的理解就是Socket就是该模式的一个实现，socket即是一种特殊的文件，一些socket函数就是对其进行的操作（读/写IO、打开、关闭），这些函数我们在后面进行介绍。

Socket通信主要是基于两种协议实现的：

(1)TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）即传输控制协议/网间协议，是一个工业标准的协议集，它是为广域网（WANs）设计的。

(2)UDP（User Data Protocol，用户数据报协议）是与TCP相对应的协议。它是属于TCP/IP协议族中的一种。

通过下图说明实现通信过程之间关系：

二、Socket 通信过程

2.1 通信过程介绍

Socket 保证了不同计算机之间的通信，也就是网络通信。对于网站，通信模型是服务器与客户端之间的通信。两端都建立了一个 Socket 对象，然后通过 Socket 对象对数据进行传输。通常服务器处于一个无限循环，等待客户端的连接：

根据socket通信基本流程图，总结通信的基本步骤：
服务器端：
第一步：创建一个用于监听连接的Socket对像；
第二步：用指定的端口号和服务器的ip建立一个EndPoint对像；
第三步：用socket对像的Bind()方法绑定EndPoint；
第四步：用socket对像的Listen()方法开始监听；
第五步：接收到客户端的连接，用socket对像的Accept()方法创建一个新的用于和客户端进行通信的socket对像;
第六步：通信结束后一定记得关闭socket;
客户端：
第一步：建立一个Socket对像；
第二步：用指定的端口号和服务器的ip建立一个EndPoint对像；
第三步：用socket对像的Connect()方法以上面建立的EndPoint对像做为参数，向服务器发出连接请求；
第四步：如果连接成功，就用socket对像的Send()方法向服务器发送信息；
第五步：用socket对像的Receive()方法接受服务器发来的信息 ;
第六步：通信结束后一定记得关闭socket； 

2.2 实现TCP建立连接的三次握手过程

三次握手是 TCP 连接的建立过程。在握手之前，主动打开连接的客户端结束 CLOSE 阶段，被动打开的服务器也结束 CLOSE 阶段，并进入 LISTEN 阶段。随后进入三次握手阶段：

① 首先客户端向服务器发送一个 SYN 包，并等待服务器确认，其中：

• 标志位为 SYN，表示请求建立连接；
• 序号为 Seq = x（x 一般取随机数）；
• 随后客户端进入 SYN-SENT 阶段。

② 服务器接收到客户端发来的 SYN 包后，对该包进行确认后结束 LISTEN 阶段，并返回一段 TCP 报文，其中：

• 标志位为 SYN 和 ACK，表示确认客户端的报文 Seq 序号有效，服务器能正常接收客户端发送的数据，并同意创建新连接；
• 序号为 Seq = y；
• 确认号为 Ack = x + 1，表示收到客户端的序号 Seq 并将其值加 1 作为自己确认号 Ack 的值，随后服务器端进入 SYN-RECV 阶段。

③ 客户端接收到发送的 SYN + ACK 包后，明确了从客户端到服务器的数据传输是正常的，从而结束 SYN-SENT 阶段。并返回最后一段报文。其中：

• 标志位为 ACK，表示确认收到服务器端同意连接的信号；
• 序号为 Seq = x + 1，表示收到服务器端的确认号 Ack，并将其值作为自己的序号值；
• 确认号为 Ack= y + 1，表示收到服务器端序号 seq，并将其值加 1 作为自己的确认号 Ack 的值。
• 随后客户端进入 ESTABLISHED。

当服务器端收到来自客户端确认收到服务器数据的报文后，得知从服务器到客户端的数据传输是正常的，从而结束 SYN-RECV 阶段，进入 ESTABLISHED 阶段，从而完成三次握手。

三、 使用Socket进行通信【php】

3.1 PHP中Socket的常量和函数介绍

常量：

SOL_TCP/SOL_UDP   使用TCP/UDP连接模式

AF_INET   这是大多数用来产生socket的协议，使用TCP或UDP来传输，用在IPv4的地址
AF_INET6   与上面类似，不过是来用在IPv6的地址
AF_UNIX 本地协议，使用在Unix和Linux系统上，它很少使用，一般都是当客户端和服务器在同一台机器上的时候使用
SOCK_STREAM 这个协议是按照顺序的、可靠的、数据完整的基于字节流的连接。这是一个使用最多的socket类型，这个socket是使用TCP来进行传输。
SOCK_DGRAM 这个协议是无连接的、固定长度的传输调用。该协议是不可靠的，使用UDP来进行它的连接。
SOCK_SEQPACKET 这个协议是双线路的、可靠的连接，发送固定长度的数据包进行传输。必须把这个包完整的接受才能进行读取。
SOCK_RAW 这个socket类型提供单一的网络访问，这个socket类型使用ICMP公共协议。（ping、traceroute使用该协议）
SOCK_RDM 这个类型是很少使用的，在大部分的操作系统上没有实现，它是提供给数据链路层使用，不保证数据包顺序

函数：
socket_create(int $domain,int $type,int $protocol)    创建一个Socket连接
socket_bind(resource $socket,string $address [,int $port = 0] )    把socket绑定在一个IP地址和端口上
socket_clear_error ([ resource $socket ] )   清除socket的错误或者最后的错误代码
socket_close(resource $socket)     关闭一个socket资源
socket_connect(resource $socket,string $address [,int $port = 0] )   开启一个socket连接，此函数尝试连接服务端
socket_create_listen ( int $port [, int $backlog = 128 ] )   在指定端口打开一个socket监听
socket_create_pair ( int $domain , int $type , int $protocol , array &$fd )   产生一对没有区别的socket到一个数组里
socket_get_option ( resource $socket , int $level , int $optname )   获取socket选项
socket_getpeername(resource $socket, string& $address [,int &$port] )  获取远程类似主机的ip地址
socket_getsockname ( resource $socket , string &$addr [, int &$port ] )   获取本地socket的ip地址
socket_iovec_add()    添加一个新的向量到一个分散/聚合的数组
socket_iovec_alloc()   这个函数创建一个能够发送接收读写的iovec数据结构
socket_iovec_delete()   删除一个已经分配的iovec
socket_iovec_fetch()   返回指定的iovec资源的数据
socket_iovec_free()    释放一个iovec资源
socket_iovec_set()    设置iovec的数据新值
socket_last_error ([ resource $socket ] )   获取当前socket的最后错误代码
socket_listen(resource $socket[,int $backlog = 0] )     监听由指定socket的所有连接
socket_read(resource $socket, int $length [,int $type = PHP_BINARY_READ] )    读取指定长度的数据
socket_readv()     读取从分散/聚合数组过来的数据
socket_recv(resource $socket, string &$buf,int $len, int $flags)     从socket里接收数据到缓存
socket_recvfrom()    接受数据从指定的socket，如果没有指定则默认当前socket
socket_recvmsg()    从iovec里接受消息
 socket_select(array &$read,array &$write,array &$except,int $tv_sec [,int $tv_usec = 0] )     多路选择
socket_send(resource $socket, string $buf, int $len, int $flags)     这个函数发送数据到已连接的socket
socket_sendmsg ( resource $socket , array $message [, int $flags = 0 ] )     发送消息到socket
socket_sendto ( resource $socket , string $buf , int $len , int $flags , string $addr [, int $port = 0 ] )    发送消息到指定地址的socket
socket_set_block ( resource $socket )   在socket里设置为块模式
socket_set_nonblock ( resource $socket )   socket里设置为非块模式
socket_set_option ( resource $socket , int $level , int $optname , mixed $optval )    设置socket选项
socket_shutdown ( resource $socket [, int $how = 2 ] )    这个函数允许你关闭读、写、或者指定的socket
socket_strerror ( int $error_number)   返回指定错误号的详细错误
socket_write(resource $socket, string $buffer [,int $length= 0] )     写数据到socket缓存
socket_writev()    写数据到分散/聚合数组

socket_set_option ( resource $socket , int $level , int $optname , mixed $optval ) 设置套接字的套接字选项，通过optname参数设置指定的选项 在指定的协议级别level，设置为套接字的optval参数指向的值

optname 参数列表：

3.2 php实现Socket通信过程 

创建服务端代码 socket_server.php

 3, "usec" => 0));//绑定接收的套接流主机和端口$ip = '127.0.0.1';$port = '8888';$connection = socket_connect($socket, $ip, $port);//接收服务端传过来的信息if($data = socket_read($socket, 1024, PHP_NORMAL_READ)){echo 'server: '.$data;}while(true){//向socket_accept的套接流写入信息$data = fread(STDIN, 1024);if($data){socket_write($socket, $data."\n");}}//关闭建立的socket套接流socket_close($socket);