网络通信的方式
本地进程间通信
a、消息传递（管道、消息队列、FIFO）
b、同步（互斥量、条件变量、读写锁、文件和写记录锁、信号量）
c、共享内存（匿名的和具名的，eg:channel）
d、远程过程调用(RPC)
网络中进程如何通信
我们要理解网络中进程如何通信，得解决两个问题：
ａ、我们要如何标识一台主机，即怎样确定我们将要通信的进程是在那一台主机上运行。
ｂ、我们要如何标识唯一进程，本地通过pid标识，网络中应该怎样标识？
解决办法：
ａ、TCP/IP协议族已经帮我们解决了这个问题，网络层的“ip地址”可以唯一标识网络中的主机
ｂ、传输层的“协议+端口”可以唯一标识主机中的应用程序（进程），因此，我们利用三元组（ip地址，协议，端口）就可以标识网络的进程了，网络中的进程通信就可以利用这个标志与其它进程进行交互
socket 是干嘛的?
程序和程序之间的通信传输是依靠三元组[ip地址,协议,端口号]来进行定义的,
ip地址和端口确定了传输方和接收方的信息, 协议确定了传输的特性和格式.
Socket正是实现上述网络模型的抽象API.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，socket函数就是对其进行的操作（读/写IO、打开、关闭)的函数接口。
网络中进程间利用三元组【ip地址，协议，端口】通信. socket就是利用三元组解决网络通信的一个中间件工具，就目前而言，几乎所有的应用程序都是采用socket，如UNIX BSD的套接字（socket）和UNIX System V的TLI（已经被淘汰）。
Socket通信的数据传输方式，常用的有两种：
ａ、SOCK_STREAM：表示面向连接的数据传输方式。数据可以准确无误地到达另一台计算机，如果损坏或丢失，可以重新发送，但效率相对较慢。常见的 http 协议就使用 SOCK_STREAM 传输数据，因为要确保数据的正确性，否则网页不能正常解析。
ｂ、SOCK_DGRAM：表示无连接的数据传输方式。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。因为 SOCK_DGRAM 所做的校验工作少，所以效率比 SOCK_STREAM 高。
例如：QQ 视频聊天和语音聊天就使用 SOCK_DGRAM 传输数据，因为首先要保证通信的效率，尽量减小延迟，而数据的正确性是次要的，即使丢失很小的一部分数据，视频和音频也可以正常解析，最多出现噪点或杂音，不会对通信质量有实质的影响
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。”
socket接口函数。
3.1、socket()函数
int socket(int domain, int type, int protocol);
socket函数对应于普通文件的打开操作。普通文件的打开操作返回一个文件描述字，而socket()用于创建一个socket描述符（socket descriptor），它唯一标识一个socket。这个socket描述字跟文件描述字一样，后续的操作都有用到它，把它作为参数，通过它来进行一些读写操作。
正如可以给fopen的传入不同参数值，以打开不同的文件。创建socket的时候，也可以指定不同的参数创建不同的socket描述符，socket函数的三个参数分别为：
-
domain：即协议域，又称为协议族（family）。常用的协议族有，AF_INET、AF_INET6、AF_LOCAL（或称AF_UNIX，Unix域socket）、AF_ROUTE等等。协议族决定了socket的地址类型，在通信中必须采用对应的地址，如AF_INET决定了要用ipv4地址（32位的）与端口号（16位的）的组合、AF_UNIX决定了要用一个绝对路径名作为地址。
-
type：指定socket类型。常用的socket类型有，SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW、SOCK_PACKET、SOCK_SEQPACKET等等（socket的类型有哪些？）。
-
protocol：故名思意，就是指定协议。常用的协议有，IPPROTO_TCP、IPPTOTO_UDP、IPPROTO_SCTP、IPPROTO_TIPC等，它们分别对应TCP传输协议、UDP传输协议、STCP传输协议、TIPC传输协议（这个协议我将会单独开篇讨论！）。
注意：并不是上面的type和protocol可以随意组合的，如SOCK_STREAM不可以跟IPPROTO_UDP组合。当protocol为0时，会自动选择type类型对应的默认协议。
当我们调用socket创建一个socket时，返回的socket描述字它存在于协议族（address family，AF_XXX）空间中，但没有一个具体的地址。如果想要给它赋值一个地址，就必须调用bind()函数，否则就当调用connect()、listen()时系统会自动随机分配一个端口。
写socket地址
//指定服务器地址
bzero(&srvaddr,sizeof(srvaddr));
srvaddr.sin_family=AF_INET;
srvaddr.sin_port=htons(PORT);
if(inet_aton("127.0.0.1",srvaddr.sin_addr.s_addr)==-1){
printf("addr convert error\n");
exit(1);
}
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。
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
函数的三个参数分别为：
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 108 struct sockaddr_un { sa_family_t sun_family; / AF_UNIX / char sun_path[UNIX_PATH_MAX]; / pathname */ };
- addrlen：对应的是地址的长度。
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，有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。
listen()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。
int listen(int sockfd, int backlog);
- 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
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
- 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。
int accept(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：
read()/write()
recv()/send()
readv()/writev()
recvmsg()/sendmsg()
recvfrom()/sendto()
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_t read(int fd, void *buf, size_t count);
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count); #include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);
ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);
ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);
ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags, struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);
ssize_t sendmsg(int sockfd, const struct msghdr *msg, int flags);
ssize_t recvmsg(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>
int close(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。
建立连接后，客户端和服务器都处于ESTABLISED状态。这时，客户端发起断开连接的请求：
客户端调用 close() 函数后，向服务器发送 FIN 数据包，进入FIN_WAIT_1状态。FIN 是 Finish 的缩写，表示完成任务需要断开连接。
服务器收到数据包后，检测到设置了 FIN 标志位，知道要断开连接，于是向客户端发送“确认包”，进入CLOSE_WAIT状态。
注意：服务器收到请求后并不是立即断开连接，而是先向客户端发送“确认包”，告诉它我知道了，我需要准备一下才能断开连接。
客户端收到“确认包”后进入FIN_WAIT_2状态，等待服务器准备完毕后再次发送数据包。
等待片刻后，服务器准备完毕，可以断开连接，于是再主动向客户端发送 FIN 包，告诉它我准备好了，断开连接吧。然后进入LAST_ACK状态。
客户端收到服务器的 FIN 包后，再向服务器发送 ACK 包，告诉它你断开连接吧。然后进入TIME_WAIT状态。
服务器收到客户端的 ACK 包后，就断开连接，关闭套接字，进入CLOSED状态。
3.7、关于 TIME_WAIT 状态的说明
客户端最后一次发送 ACK包后进入 TIME_WAIT 状态，而不是直接进入 CLOSED 状态关闭连接，这是为什么呢？
TCP 是面向连接的传输方式，必须保证数据能够正确到达目标机器，不能丢失或出错，而网络是不稳定的，随时可能会毁坏数据，所以机器A每次向机器B发送数据包后，都要求机器B”确认“，回传ACK包，告诉机器A我收到了，这样机器A才能知道数据传送成功了。如果机器B没有回传ACK包，机器A会重新发送，直到机器B回传ACK包。
客户端最后一次向服务器回传ACK包时，有可能会因为网络问题导致服务器收不到，服务器会再次发送 FIN 包，如果这时客户端完全关闭了连接，那么服务器无论如何也收不到ACK包了，所以客户端需要等待片刻、确认对方收到ACK包后才能进入CLOSED状态。那么，要等待多久呢？
数据包在网络中是有生存时间的，超过这个时间还未到达目标主机就会被丢弃，并通知源主机。这称为报文最大生存时间（MSL，Maximum Segment Lifetime）。TIME_WAIT 要等待 2MSL 才会进入 CLOSED 状态。ACK 包到达服务器需要 MSL 时间，服务器重传 FIN 包也需要 MSL 时间，2MSL 是数据包往返的最大时间，如果 2MSL 后还未收到服务器重传的 FIN 包，就说明服务器已经收到了 ACK 包
3.８.优雅的断开连接–shutdown()
close()/closesocket()和shutdown()的区别
确切地说，close() / closesocket() 用来关闭套接字，将套接字描述符（或句柄）从内存清除，之后再也不能使用该套接字，与C语言中的 fclose() 类似。应用程序关闭套接字后，与该套接字相关的连接和缓存也失去了意义，TCP协议会自动触发关闭连接的操作。
shutdown() 用来关闭连接，而不是套接字，不管调用多少次 shutdown()，套接字依然存在，直到调用 close() / closesocket() 将套接字从内存清除。
调用 close()/closesocket() 关闭套接字时，或调用 shutdown() 关闭输出流时，都会向对方发送 FIN 包。FIN 包表示数据传输完毕，计算机收到 FIN 包就知道不会再有数据传送过来了。
默认情况下，close()/closesocket() 会立即向网络中发送FIN包，不管输出缓冲区中是否还有数据，而shutdown() 会等输出缓冲区中的数据传输完毕再发送FIN包。也就意味着，调用 close()/closesocket() 将丢失输出缓冲区中的数据，而调用 shutdown() 不会
Socket与c/s模型
socket支持TCP协议, 基于TCP协议,我们可以实现C/S模型.
代码例程
//client
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
//#include <winsock.h>
//#include <winsock2.h>
#define MAXDATASIZE 128
#define PORT 3000
int main(int argc,char **argv){
int sockfd,nbytes;
char buf[MAXDATASIZE];
struct sockaddr_in srvaddr;
//1.创建网络端点
sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
if(sockfd==-1){
printf("cant create socket\n");
exit(1);
}
//指定服务器地址（
bzero(&srvaddr,sizeof(srvaddr));
srvaddr.sin_family=AF_INET;
srvaddr.sin_port=htons(PORT);
if(inet_aton("127.0.0.1",srvaddr.sin_addr.s_addr)==-1){
printf("addr convert error\n");
exit(1);
}
//2.连接服务器
if(connect(sockfd,(struct sockaddr *)&srvaddr,sizeof(struct sockaddr))==-1){
printf("connect error\n");
exit(1);
}
//3.发送请求
sprintf(buf,"hello");
write(sockfd,buf,strlen(buf));
//4.接收响应
if((nbytes=read(sockfd,buf,MAXDATASIZE))==-1){
printf("read error\n");
exit(1);
}
buf[nbytes]='\0';
printf("srv respons:%s\n",buf);
//关闭socket
close(sockfd);
}
//server
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
// windows下winsock.h/winsock2.h
// linux下sys/socket.h
// 不同平台头文件不一样
// #include <winsock.h> 或者 #include <winsock2.h>
// <arpa/inet.h>用<windows.h>代替
#define MAXDATASIZE 128
#define PORT 3000
#define BACKLOG 5
int main(int argc,char **argv){
int sockfd,new_fd,nbytes,sin_size;
char buf[MAXDATASIZE];
struct sockaddr_in srvaddr,clientaddr;
//1.创建网络端点
sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
if(sockfd==-1){
printf("can;t create socket\n");
exit(1);
}
//填充地址
bzero(&srvaddr,sizeof(srvaddr));
srvaddr.sin_family=AF_INET;/* IP protocol family. IP version 6. */
srvaddr.sin_port=htons(PORT);
if(inet_aton("127.0.0.1",srvaddr.sin_addr.s_addr)==-1){
printf("addr convert error\n");
exit(1);
}
//2.绑定服务器地址和端口
if(
bind(//将本地地址给socket描述符
sockfd,
(struct sockaddr *)&srvaddr,
sizeof(struct sockaddr)
)==-1
)
{
printf("bindt error\n");
exit(1);
}
//3. 监听端口
//TCP协议为每个侦听socket维护两个队列：
//未完成连接队列和已完成连接队列
if(
listen(
sockfd, //绑定好的socket描述符
BACKLOG //指定已完成连接队列的最大长度
)==-1
)
//执行listen函数后socket转换成被动socket，可以接受连接，
{
printf("listen error\n");
exit(1);
}
for(;;){
//4.接受客户端连接
sin_size=sizeof(struct sockaddr_in);
if((new_fd=
accept(
/* accept函数返回的socket描述符是真正可以和客户端通信的socket，
服务器的侦听socket只接受连接，不能用于通信
accept函数在没有已完成的连接时将阻塞进程 */
sockfd,
(struct sockaddr *)&clientaddr,//clinet地址
&sin_size //地址结构长度
))==-1)
{
printf("accept errot\n");
continue;
}
//5.接收请求
/*
系统接收缓冲区中的数据大于参数len时返回len
缓冲区中的数据小于参数len时返回实际长度
接收缓冲区中没有数据时read函数阻塞，出现下列情况时返回
收到数据
连接被关闭，返回0
连接被复位，返回错误
阻塞过程中收到中断信号，errno=EINTR
读取完整数据的read_all函数
*/
nbytes=read(
new_fd, //接收到的socket描述符
buf, //接收数据缓冲
MAXDATASIZE //读取数据大小
);
buf[nbytes]='\0';
printf("client:%s\n",buf);
printf("client:%d\n",nbytes);
//6.回送响应
sprintf(buf,"wellcome!");//写buff
write(
new_fd,
buf,
strlen(buf)
);
//关闭socket
/*
调用close只是将对sockfd的引用减1，
直到对sockfd的引用为0时才清除sockfd ，
TCP协议将继续使用sockfd，直到所有数据发送完成
*/
close(new_fd);
}
close(sockfd);
}
}