套接字（linux相关）

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前言：略
　　一、前因
　　　　一切从tcp、udp开始。
　　　　众所周知，网络模型一般有两种模型，一种为OSI概念模型（七层），另一种为TCP/IP网络模型（四层）。
　　　　TCP/IP应用层对应OSI的应用层、显示层、会话层；TCP、UDP对应传输层；互联网层对应网络层；设备驱动程序和硬件对应物理层。如下图所示：’
　　　　
　　　　在linux上，四层以下被称为通讯子网，四层以上被称为应用层。前者更注重通信细节，主要实现主机与主机之间如何完成数据报文传输；后者更注重应用层细节，主要实现资源交换。
　　　　linux启动后，应用层细节在用户空间实现，通信细节则在内核空间实现。
　　　　所以，最原始最有需求的跨主机间的通信，皆由内核完成；相对而言真正的应用则是通信协议在用户空间特定的实现方式，比如dns完成域名解析，比如ssh实现安全登陆。自然，既是完成特定功能，便不应该位于内核空间。
　　　　当然，也有所疑惑，主机间的通信不是通过IP地址间进行通信的吗？　没错。但是Ip协议本身并不可靠，且是无连接的。相对而言，tcp协议确是有链接，传输层在一定程度上弥补了网络层的缺陷，当然这仅是其中一部分缘由。　
　　
　　二、正题
　　　　回归正题，所谓传输层（tcp、udp）是提供进程地址空间，用端口号（port number）来标识进程地址空间。
　　　　其中tcp是一种传输控制协议，即面向对象协议；通信前需建立虚拟链路，需事先知道对方是否在线，通信结束后还需断开链路（tcp的三次握手）。
　　　　而udp（User Datagram Protocol）是无连接协议；通信前无需建立虚拟链路，无需确定对方是否在线。
　　　　二者为完全不同的协议，且各有0-65535个端口【自然需要排除一些众所周知的端口，80/tcp(http)，22/tcp(ssh)等端口】。
　　　　前文所述，所有的应用层协议都位于应用层，倘若需要跨主机间进行通信，必须向内核申请，然而。。。然而，内核标记各主机之间通过网络进行通信时，却是通过套接字方式进行的。
　　　　那么问题又来了，套接字又是什么？
　　　　套接字（Socket）：IPC的一种实现方式；主要目的是允许不同主机（也可以是同意主机）上不同进程之间进行通信从而完成数据交换。诚然，套接字既由内核实现也就属于内核，属于system call。事实上，Socket一般称之为Socket API，主要是它在system call中提供了太底层太基础，因此，在C标准库中才被称作Socket API。
　　　　诚然，跨主机间的套接字为：Ip+端口【ip用来标记主机，端口用来标识进程空间】
　　　　所以具体实现方式是：当用户发起跨主机间通信时，会基于套接字的方式调用套接字，从而内核空间申请tcp、udp端口，从而建立虚拟链路（如果是tcp的话）进行通信。
　　
　　　　题外话：除了tcp、udp之外还有另一种方式，使用裸套接字的方式，直接封装ip报文。
　　　　　　　　Socket的三种类型：
　　　　　　　　　SOCK_STREAM：tcp套接字
　　              　　　　　　　SOCK_DGRAM：udp套接字
　　               　　　　　　　SOCK_RAM：裸套接字
　　　　综上所述，无论什么网络服务，都必定需要使用网络通信的基本功能。即tcp、udp、或者其他。
　　三、深入
　　　　向前一步！
　　　　主机间通过套接字进行通信，套接字为ip+端口，那么问题又来了，如果服务器与客户端进行通信，所使用的套接字又该如何解决？
　　　　端口号（port number）是用来标记进程空间地址（tcp和udp各一种），显然端口号是唯一且独占的。倘若服务器端和客户端皆使用同一端口【80/tcp（http）】，那事情就大条了，服务器端口被独占又如何能够回应多个客户端，显然这是不可能的。所以，只能在妥协中前行，客户端使用随机端口，而服务器端使用固定端口。
　　　这之中又牵扯出了两大疑问：
　　　（1）为何是客户端使用随机端口，而不是服务器端？
　　　　服务器端就好比是学院，而客户端好比学院的家。学院的地址必定是固定的，否则又如何上学；相对的，学院的家并无需固定地址。当发起跨主机间通信时，会向内核申请一个随机端口1访问远端服务器
　　　（2）服务器端是如何回应多个客户端？
　　　　如图：本地发送缓冲对应远端接受缓冲；本地接受缓冲对应远端发送缓冲。在信道通信上是采取不同通信信道（接收和发送不是一个信道），而其中还包含缓冲，抑制高发低收压垮通信信道。显然，服务器端一旦接受连接后，响应客户端也是随机端口。
　　　　
　　　　　　　　　　
　　
　　另外：事实上，所说套接字是ip+端口并不是完全准确，根据其所使用的地址可划分为多个域。
　　　　　　　AF_INET：IPv4
　　　　　　　AF_INET:：IPv6
　　　　　　　AF_UNIX：同一主机不同进程中的通信时使用
　　　且每种类型至少都提供了两种套接字（Socket），一种是无连接，有边界的，不可靠传递的数据报（UDP）；另一种是有连接，有边界，可靠传递的流（TCP）。顺便一提，AF_UNIX不同于另外两种，它无需经过数据链路层，仅仅在传输层（第三层）中便可完成通信。
　　随机端口：

　　　IANA将端口范围进行了明确划分：
　　　　0-1023：永久划分给应用程序使用的端口，特权端口（同样也是管理员才能使用的端口范围），比如：22/tcp(ssh)、80/tcp(http)
　　　　1024-41952：注册端口，但是并不严格，分配给某些注册的应用程序使用，比如：3306/tcp（mysql）
　　　　41952+：客户端动态分配的端口，动态端口，或私有端口
　　　所以，服务器响应客户端的随机端口号事实上是41952号端口以上的动态端口。但是。。。但是，服务器在某些高并发的情况下动态端口的数量是不足的，需手动调整端口范围让其包含41952以下的端口，在linux上修改：/proc/sys/net/ipv4/ip_local_port_range
　　　不过，调整的端口范围不能包含1024以下的端口，毕竟0-1023只有管理员才能够使用。