我自己深深的知道信息交流的价值，但你是否想过，网络中的进程究竟是如何通信的？每天打开浏览器浏览网页时，浏览器进程是怎样与远程Web服务器建立联系、获取页面的？又或者，当你用QQ与好友聊天时，QQ进程如何与服务器交互，甚至直接与好友的QQ进程传递消息？这一切的背后，都离不开同一个核心角色——Socket（套接字）。
那么，Socket到底是什么？它有哪些类型？又提供了哪些基本函数来实现网络通信？这些正是本文接下来要逐一揭晓的内容。从日常应用到技术本质，让我们一步步走进Socket的世界。本文的主要内容如下：
一、网络中进程之间如何通信
本地的进程间通信（IPC）有很多种方式，但可以总结为下面4类：
然而，这些都不是我们今天的主角。我们要聊的，是网络中进程之间如何通信。
网络通信的第一步，也是最关键的一步：如何唯一标识一个进程？在单机环境下，我们可以用 PID 来锁定一个进程，但到了网络中，不同主机的 PID 可能重复，这条路走不通。
TCP/IP 协议栈早已为我们铺好了路——网络层的 IP 地址可以唯一标识一台主机，传输层的协议（TCP/UDP 等）+ 端口号则能唯一标识该主机上的某个应用程序（进程）。于是，（IP 地址，协议，端口）这个三元组，就成了网络进程中独一无二的“身份证”。任何网络进程间的交互，都依赖这个标志来寻址对方。
那么，应用程序如何借助这套机制进行通信呢？目前最主流的编程接口，是 UNIX BSD 衍生的 Socket（套接字），而 UNIX System V 的 TLI 接口早已淡出历史舞台。可以说，在今天这个万物互联的时代，几乎所有网络应用都建立在 Socket 之上——从 Web 服务器到即时通讯，从云计算到物联网，Socket 无处不在。
二、什么是Socket
Socket（套接字）是网络上两个程序进行双向通信的端点。 可以把它想象成应用程序进行网络通信时，插入操作系统“网络插座”的一个“插头”，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一词的起源
在组网领域的首次使用是在1970年2月12日发布的文献IETF RFC33中发现的，撰写者为Stephen Carr、Steve Crocker和Vint Cerf。根据美国计算机历史博物馆的记载，Croker写道：“命名空间的元素都可称为套接字接口。一个套接字接口构成一个连接的一端，而一个连接可完全由一对套接字接口规定。”计算机历史博物馆补充道：“这比BSD的套接字接口定义早了大约12年。”
三、socket的基本操作
既然socket是“open—write/read—close”模式的一种实现，那么socket就提供了这些操作对应的函数接口。下面以TCP为例，介绍几个基本的socket接口函数。
3.1、socket()函数
intsocket(int domain, int type, int protocol);
socket()函数的作用，类似于普通文件的 open操作。open返回一个文件描述符，而 socket则用于创建一个 套接字描述符（socket descriptor），该描述符在系统中唯一标识一个套接字。这个描述符与文件描述符一样，后续的读写、控制等操作都会以它作为参数，通过它来执行实际的数据传输。
正如我们可以通过给 fopen 传递不同的参数来打开不同类型的文件，创建套接字时也可以通过指定不同的参数来获得不同性质的套接字描述符。socket() 函数的三个参数含义如下：
domain —— 协议域，也称协议族（family）。常用的协议族包括 AF_INET（IPv4）、AF_INET6（IPv6）、AF_LOCAL（或称 AF_UNIX，Unix 域套接字）以及 AF_ROUTE 等。协议族决定了套接字所使用的地址类型，通信时必须采用与之匹配的地址格式。例如，AF_INET 要求使用 IPv4 地址（32 位）与端口号（16 位）的组合，而 AF_UNIX 则要求使用一个绝对路径名作为地址。
type—— 指定套接字的类型。常见类型有 SOCK_STREAM（流式套接字）、SOCK_DGRAM（数据报套接字）、SOCK_RAW（原始套接字）、SOCK_PACKET 和 SOCK_SEQPACKET 等。不同类型的套接字提供不同的数据传输特性。protocol —— 指定具体使用的协议。常用协议包括 IPPROTO_TCP（TCP 协议）、IPPROTO_UDP（UDP 协议）、IPPROTO_SCTP（SCTP 协议）和 IPPROTO_TIPC（TIPC 协议）等。需要注意的是，type 和 protocol 并非可以随意组合，例如 SOCK_STREAM 就不能与 IPPROTO_UDP 搭配使用。如果将 protocol 设为 0，系统会自动选择与 type 对应的默认协议。
当我调用socket()成功创建一个套接字后，该套接字描述符虽然已经存在于指定的协议族空间中，但尚未绑定具体的地址。若要为其赋予一个固定的地址，需要调用 bind()函数；如果未调用 bind()，则在后续调用 connect()或 listen()时，系统会自动为该套接字分配一个随机的端口和合适的IP地址。
3.2、bind()函数
正如上面所说bind()函数把一个地址族中的特定地址赋给socket。例如对应AF_INET、AF_INET6就是把一个ipv4或ipv6地址和端口号组合赋给socket。
intbind(int sockfd, conststruct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
函数的三个参数分别为：
- sockfd：即socket描述字，它是通过socket()函数创建了，唯一标识一个socket。bind()函数就是将给这个描述字绑定一个名字。
- addr：一个conststruct sockaddr *指针，指向要绑定给sockfd的协议地址。这个地址结构根据地址创建socket时的地址协议族的不同而不同，如ipv4对应的是
struct sockaddr_in { sa_family_t sin_family; /* address family: AF_INET */ in_port_t sin_port; /* port in network byte order */ struct in_addr sin_addr; /* internet address */};/* Internet address. */struct in_addr { uint32_t s_addr; /* address in network byte order */};ipv6对应的是：struct sockaddr_in6 { sa_family_t sin6_family; /* AF_INET6 */ in_port_t sin6_port; /* port number */ uint32_t sin6_flowinfo; /* IPv6 flow information */ struct in6_addr sin6_addr; /* IPv6 address */ uint32_t sin6_scope_id; /* Scope ID (new in 2.4) */ };struct in6_addr { unsigned char s6_addr[16]; /* IPv6 address */ };Unix域对应的是：#define UNIX_PATH_MAX 108struct sockaddr_un { sa_family_t sun_family; /* AF_UNIX */ char sun_path[UNIX_PATH_MAX]; /* pathname */ };
通常服务器在启动的时候都会绑定一个众所周知的地址（如ip地址+端口号），用于提供服务，客户就可以通过它来接连服务器；而客户端就不用指定，由系统自动分配一个端口号和自身的ip地址组合。这就是为什么通常服务器端在listen之前会调用bind()，而客户端就不会调用，而是在connect()时由系统随机生成一个。
网络字节序与主机字节序
主机字节序就是我们平常说的大端和小端模式：不同的CPU有不同的字节序类型，这些字节序是指整数在内存中保存的顺序，这个叫做主机序。引用标准的Big-Endian和Little-Endian的定义如下：
a) Little-Endian就是低位字节排放在内存的低地址端，高位字节排放在内存的高地址端。
b) Big-Endian就是高位字节排放在内存的低地址端，低位字节排放在内存的高地址端。
网络字节序：4个字节的32 bit值以下面的次序传输：首先是0～7bit，其次8～15bit，然后16～23bit，最后是24~31bit。这种传输次序称作大端字节序。由于TCP/IP首部中所有的二进制整数在网络中传输时都要求以这种次序，因此它又称作网络字节序。字节序，顾名思义字节的顺序，就是大于一个字节类型的数据在内存中的存放顺序，一个字节的数据没有顺序的问题了。
所以：在将一个地址绑定到socket的时候，请先将主机字节序转换成为网络字节序，而不要假定主机字节序跟网络字节序一样使用的是Big-Endian。由于这个问题曾引发过血案！公司项目代码中由于存在这个问题，导致了很多莫名其妙的问题，所以请谨记对主机字节序不要做任何假定，务必将其转化为网络字节序再赋给socket。
3.3、listen()、connect()函数
如果作为一个服务器，在调用socket()、bind()之后就会调用listen()来监听这个socket，如果客户端这时调用connect()发出连接请求，服务器端就会接收到这个请求。
intlisten(int sockfd, int backlog);intconnect(int sockfd, conststruct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
listen函数的第一个参数即为要监听的socket描述字，第二个参数为相应socket可以排队的最大连接个数。socket()函数创建的socket默认是一个主动类型的，listen函数将socket变为被动类型的，等待客户的连接请求。
connect函数的第一个参数即为客户端的socket描述字，第二参数为服务器的socket地址，第三个参数为socket地址的长度。客户端通过调用connect函数来建立与TCP服务器的连接。
3.4、accept()函数
TCP服务器端依次调用socket()、bind()、listen()之后，就会监听指定的socket地址了。TCP客户端依次调用socket()、connect()之后就想TCP服务器发送了一个连接请求。TCP服务器监听到这个请求之后，就会调用accept()函数取接收请求，这样连接就建立好了。之后就可以开始网络I/O操作了，即类同于普通文件的读写I/O操作。
intaccept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
accept函数的第一个参数为服务器的socket描述字，第二个参数为指向struct sockaddr *的指针，用于返回客户端的协议地址，第三个参数为协议地址的长度。如果accpet成功，那么其返回值是由内核自动生成的一个全新的描述字，代表与返回客户的TCP连接。
注意：accept的第一个参数为服务器的socket描述字，是服务器开始调用socket()函数生成的，称为监听socket描述字；而accept函数返回的是已连接的socket描述字。一个服务器通常通常仅仅只创建一个监听socket描述字，它在该服务器的生命周期内一直存在。内核为每个由服务器进程接受的客户连接创建了一个已连接socket描述字，当服务器完成了对某个客户的服务，相应的已连接socket描述字就被关闭。
3.5、read()、write()等函数
万事具备只欠东风，至此服务器与客户已经建立好连接了。可以调用网络I/O进行读写操作了，即实现了网咯中不同进程之间的通信！网络I/O操作有下面几组：
我推荐使用recvmsg()/sendmsg()函数，这两个函数是最通用的I/O函数，实际上可以把上面的其它函数都替换成这两个函数。它们的声明如下：
#include<unistd.h> ssize_tread(int fd, void *buf, size_t count); ssize_twrite(int fd, constvoid *buf, size_t count); #include<sys/types.h> #include<sys/socket.h> ssize_tsend(int sockfd, constvoid *buf, size_t len, int flags); ssize_trecv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags); ssize_tsendto(int sockfd, constvoid *buf, size_t len, int flags, const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen); ssize_trecvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags, struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen); ssize_tsendmsg(int sockfd, conststruct msghdr *msg, int flags); ssize_trecvmsg(int sockfd, struct msghdr *msg, int flags);
read函数是负责从fd中读取内容.当读成功时，read返回实际所读的字节数，如果返回的值是0表示已经读到文件的结束了，小于0表示出现了错误。如果错误为EINTR说明读是由中断引起的，如果是ECONNREST表示网络连接出了问题。
write函数将buf中的nbytes字节内容写入文件描述符fd.成功时返回写的字节数。失败时返回-1，并设置errno变量。 在网络程序中，当我们向套接字文件描述符写时有俩种可能。1)write的返回值大于0，表示写了部分或者是全部的数据。2)返回的值小于0，此时出现了错误。我们要根据错误类型来处理。如果错误为EINTR表示在写的时候出现了中断错误。如果为EPIPE表示网络连接出现了问题(对方已经关闭了连接)。
其它的我就不一一介绍这几对I/O函数了，具体参见man文档或者baidu、Google，下面的例子中将使用到send/recv。
3.6、close()函数
在服务器与客户端建立连接之后，会进行一些读写操作，完成了读写操作就要关闭相应的socket描述字，好比操作完打开的文件要调用fclose关闭打开的文件。
#include <unistd.h>intclose(int fd);
close一个TCP socket的缺省行为时把该socket标记为以关闭，然后立即返回到调用进程。该描述字不能再由调用进程使用，也就是说不能再作为read或write的第一个参数。
注意：close操作只是使相应socket描述字的引用计数-1，只有当引用计数为0的时候，才会触发TCP客户端向服务器发送终止连接请求。
四、socket中TCP的三次握手建立连接详解
我们知道tcp建立连接要进行“三次握手”，即交换三个分组。大致流程如下：
- 服务器向客户端响应一个SYN K，并对SYN J进行确认ACK J+1
只有就完了三次握手，但是这个三次握手发生在socket的那几个函数中呢？请看下图：
从图中可以看出，当客户端调用connect时，触发了连接请求，向服务器发送了SYN J包，这时connect进入阻塞状态；服务器监听到连接请求，即收到SYN J包，调用accept函数接收请求向客户端发送SYN K ，ACK J+1，这时accept进入阻塞状态；客户端收到服务器的SYN K ，ACK J+1之后，这时connect返回，并对SYN K进行确认；服务器收到ACK K+1时，accept返回，至此三次握手完毕，连接建立。
总结：客户端的connect在三次握手的第二个次返回，而服务器端的accept在三次握手的第三次返回。
五、socket中TCP的四次握手释放连接详解
上面介绍了socket中TCP的三次握手建立过程，及其涉及的socket函数。现在我们介绍socket中的四次握手释放连接的过程，请看下图：
图示过程如下：
某个应用进程首先调用close主动关闭连接，这时TCP发送一个FIN M；
另一端接收到FIN M之后，执行被动关闭，对这个FIN进行确认。它的接收也作为文件结束符传递给应用进程，因为FIN的接收意味着应用进程在相应的连接上再也接收不到额外数据；
一段时间之后，接收到文件结束符的应用进程调用close关闭它的socket。这导致它的TCP也发送一个FIN N；
接收到这个FIN的源发送端TCP对它进行确认。
这样每个方向上都有一个FIN和ACK。
六、Socket实战技术
说了这么多了，动手实践一下。下面编写一个简单的服务器、客户端（使用TCP）——服务器端一直监听本机的6666号端口，如果收到连接请求，将接收请求并接收客户端发来的消息；客户端与服务器端建立连接并发送一条消息。
服务器端代码：
#include<iostream>#include<cstring>#include<unistd.h>#include<sys/socket.h>#include<netinet/in.h>#include<arpa/inet.h>const int PORT = 6666;const int BUFFER_SIZE = 1024;intmain(){ int server_fd, client_fd; struct sockaddr_in address; socklen_t addr_len = sizeof(address); char buffer[BUFFER_SIZE] = {0}; // 1. 创建 TCP socket if ((server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == 0) { std::cerr << "socket 创建失败" << std::endl; return -1; } // 2. 允许端口重用（避免 "Address already in use"） int opt = 1; if (setsockopt(server_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt))) { std::cerr << "setsockopt 失败" << std::endl; close(server_fd); return -1; } // 3. 绑定到本机所有接口的 6666 端口 address.sin_family = AF_INET; address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; // 0.0.0.0 address.sin_port = htons(PORT); if (bind(server_fd, (struct sockaddr*)&address, sizeof(address)) < 0) { std::cerr << "bind 失败" << std::endl; close(server_fd); return -1; } // 4. 开始监听，最大等待队列长度 5 if (listen(server_fd, 5) < 0) { std::cerr << "listen 失败" << std::endl; close(server_fd); return -1; } std::cout << "服务器已启动，监听端口 " << PORT << " ..." << std::endl; // 5. 循环接受客户端连接 while (true) { // 接受连接 if ((client_fd = accept(server_fd, (struct sockaddr*)&address, &addr_len)) < 0) { std::cerr << "accept 失败" << std::endl; continue; } std::cout << "收到来自 " << inet_ntoa(address.sin_addr) << ":" << ntohs(address.sin_port) << " 的连接" << std::endl; // 接收数据（最多 BUFFER_SIZE-1 字节，留一个给 '\0'） int bytes_read = recv(client_fd, buffer, BUFFER_SIZE - 1, 0); if (bytes_read > 0) { buffer[bytes_read] = '\0'; // 确保字符串结尾 std::cout << "收到消息: " << buffer << std::endl; } else if (bytes_read == 0) { std::cout << "客户端主动关闭连接" << std::endl; } else { std::cerr << "recv 错误" << std::endl; } // 关闭客户端 socket close(client_fd); } // 实际上不会执行到这里（除非循环被中断） close(server_fd); return 0;}
#include<iostream>#include<cstring>#include<unistd.h>#include<sys/socket.h>#include<netinet/in.h>#include<arpa/inet.h>const int PORT = 6666;const char* SERVER_IP = "127.0.0.1";intmain(){ int sock = 0; struct sockaddr_in serv_addr; // 1. 创建 TCP socket if ((sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) { std::cerr << "socket 创建失败" << std::endl; return -1; } // 2. 设置服务器地址 serv_addr.sin_family = AF_INET; serv_addr.sin_port = htons(PORT); if (inet_pton(AF_INET, SERVER_IP, &serv_addr.sin_addr) <= 0) { std::cerr << "无效的地址或地址转换失败" << std::endl; close(sock); return -1; } // 3. 连接服务器 if (connect(sock, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) < 0) { std::cerr << "连接失败" << std::endl; close(sock); return -1; } std::cout << "已连接到服务器 " << SERVER_IP << ":" << PORT << std::endl; // 4. 发送一条消息 const char* message = "Hello, Server!"; send(sock, message, strlen(message), 0); std::cout << "已发送: " << message << std::endl; // 5. 关闭连接 close(sock); return 0;}
端口重用：通过SO_REUSEADDR允许快速重启服务器，避免bind失败。
地址结构：sockaddr_in用于IPv4，使用inet_pton和inet_ntoa进行IP地址转换。
数据接收：服务器每次最多接收1023字节，并添加字符串结束符'\0'，方便输出。
错误处理：每个系统调用都检查返回值并输出错误信息，便于调试。
单次通信：客户端发送后立即关闭，服务器接收后也立即关闭客户端套接字，符合题目要求。
