分类： LINUX
2011-12-08 14:16:03
应用层通过传输层进行数据通信时，TCP和会遇到同时为多个应用提供并发服务的问题。多个TCP连接或多个进程可能需要通过同一个TCP协议传输数据。为了区别不同的应用程序进程和连接，许多计算机为应用程序与TCP／IP协议交互提供了称为套接字(Socket)的，区分不同应用程序进程间的网络通信和连接。网络化的应用程序在开始任何之前都必需要创建套接字。就像电话的插口一样，没有它就完全没办法通信。
生成套接字，主要有3个参数：通信的目的IP地址、使用的传输层协议(TCP或UDP)和使用的端口号。Socket原意是“插座”。通过将这3个参数结合起来，与一个“插座”Socket绑定，应用层就可以和传输层通过套接字接口，区分来自不同应用程序进程或网络连接的通信，实现数据传输的并发服务。
Socket可以看成在两个程序进行通讯连接中的一个端点，一个程序将一段信息写入Socket中，该Socket将这段信息发送给另外一个Socket中，使这段信息能传送到其他程序中。如图：
我们来分析一下上图，Host A上的程序A将一段信息写入Socket中，Socket的内容被Host A的网络软件访问，并将这段信息通过Host A的网络接口卡发送到Host B，Host B的网络接口卡接收到这段信息后，传送给Host B的网络管理软件，网络管理软件将这段信息保存在Host B的Socket中，然后程序B才能在Socket中阅读这段信息。
假设在图中的网络中添加第三个主机Host C，那么Host A怎么知道信息被正确传送到Host B而不是被传送到Host C中了呢？基于TCP/IP网络中的每一个主机均被赋予了一个唯一的IP地址，IP地址是一个32位的无符号整数，由于没有转变成二进制，因此通常以小数点分隔，如：198.163.227.6，正如所见IP地址均由四个部分组成，每个部分的范围都是0-255，以表示8位地址。
值得注意的是IP地址都是32位地址，这是IP协议版本4（简称Ipv4）规定的，目前由于IPv4地址已近耗尽，所以IPv6地址正逐渐代替Ipv4地址，Ipv6地址则是128位无符号整数。
假设第二个程序被加入图中的网络的Host B中，那么由Host A传来的信息如何能被正确的传给程序B而不是传给新加入的程序呢？这是因为每一个基于TCP/IP网络通讯的程序都被赋予了唯一的端口和端口号，端口是一个信息区，用于保留Socket中的输入/输出信息，端口号是一个16位无符号整数，范围是0-65535，以区别主机上的每一个程序（端口号就像房屋中的房间号），低于256的短口号保留给标准应用程序，比如pop3的端口号就是110，每一个套接字都组合进了IP地址、端口、端口号，这样形成的整体就可以区别每一个套接字。
要通过互联网进行通信，至少需要一对套接字，一个运行于客户机端，称之为ClientSocket，另一个运行于端，称之为serverSocket。
根据连接启动的方式以及本地套接字要连接的目标，套接字之间的连接过程可以分为三个步骤：服务器监听，客户端请求，连接确认。
服务器监听：是服务器端套接字并不具体的客户端套接字，而是处于等待连接的状态，实时监控网络状态。
客户端请求：是指由客户端的套接字提出连接请求，要连接的目标是服务器端的套接字。为此，客户端的套接字必须首先描述它要连接的服务器的套接字，指出服务器端套接字的地址和端口号，然后就向服务器端套接字提出连接请求。
连接确认：是指当服务器端套接字监听到或者说接收到客户端套接字的连接请求，它就响应客户端套接字的请求，建立一个新的线程，把服务器端套接字的描述发给客户端，一旦客户端确认了此描述，连接就建立好了。而服务器端套接字继续处于监听状态，继续接收其他客户端套接字的连接请求。
套接字起源于20世纪70年代加州大学伯克利分校版本的Unix，即人们所说的BSD Unix。因此，有时人们也把套接字称为“伯克利套接字”或“BSD套接字”。一开始，套接字被设计用在同一台主机上多个应用程序之间的通讯。这也被称作进程间通讯，或I。套接字有两种，分别是基于文件型的和基于网络型的。
Unix套接字是我们要介绍的第一个套接字家族。其“家族名”为AF_UNIX（在PIX1.g标准中也叫AF_LOCAL），表示“地址家族：UNIX”。包括在内的大多数流行上都使用“地址家族”及其缩写“AF”。而老一点的系统中，地址家族被称为“域”或“协议家族”，并使用缩写“PF”而不是“AF”。同样的，AF_LOCAL（在2000-2001年被列为标准）将会代替AF_UNIX。不过，为了向后兼容，很多系统上，两者是等价的。Python自己则仍然使用AF_UNIX。
由于两个进程都运行在同一台机器上，而且这些套接字是基于文件的。所以，它们的底层结构是由文件系统来支持的。这样做相当有道理，因为，同一台电脑上，文件系统的确是不同的进程都能访问的。
另一种套接字是基于网络的，它有自己的家族名字：AF_INET，或叫“地址家族：Internet”。还有一种地址家族AF_INET6被用于网际协议第6版（IPv6）寻址上。还有一些其他的地址家族，不过，它们要么是只用在某个平台上，要么就是已经被废弃，或是很少被使用，或是根本就还没有实现。所有地址家族中，AF_INET是使用最广泛的一个。Python 2.5中加入了一种Linux套接字的支持：AF_NINK（无连接(稍后讲解)）套接字家族让用户代码与代码之间的可以使用标准BSD套接字接口。而且，相对之前那些往操作系统中加入新的系统调用、proc文件系统支持或是“IOL”等复杂的方案来说，这种方法显得更为精巧，更为安全。
Python只支持AF_UNIX，AF_NETLINK，和AF_INET家族。由于我们只关心网络，所以在本章的大部分时候，我们都只用AF_INET。
套接字地址：主机与端口
如果把套接字比做电话的插口—即通信的最底层结构，那主机与端口就像区号与电话号码的一对组合。有了能打电话的硬件还不够，你还要知道你要打给谁，往哪打。一个因特网地址由网络通信所必需的主机与端口组成。而且不用说，另一端一定要有人在听才可以。否则，你就会听到熟悉的“对不起，您拨的是空号，请查询后再拨”。你在上网的时候，可能也见过类似的情况，如“不能连接该服务器。服务器无响应或不可达”。
合法的端口号范围为0～65535。其中，小于1024的端口号为系统保留端口。如果你所使用的是Unix操作系统，那么就可以通过/etc/services文件获得保留的端口号（及其对应的服务/协议和套接字类型）。
