1.套接字

1.1什麼是套接字

不同計算機（通過網路相連）上執行的程序相互通訊機制稱為網路程序間通訊（network IPC）。

在本地可以通過程序PID來唯一標識一個程序，但是在網路中這是行不通的。其實TCP/IP協議族已經幫我們解決了這個問題，網路層的“ip地址”可以唯一標識網路中的主機，而傳輸層的“協議+埠”可以唯一標識主機中的應用程式（程序）。這樣利用三元組（ip地址，協議，埠）構成套接字，就可以標識網路的程序了，網路中的程序通訊就可以利用這個標誌與其它程序進行互動。

套接字是通訊埠的抽象！通過套接字網路IPC介面，程序能夠使用該介面和其他程序通訊。

套接字是一套用C語言寫成的應用程式開發庫

套接字（socket）是一個抽象層，應用程式可以通過它傳送或接收資料，可對其進行像對檔案一樣的開啟、讀寫和關閉等操作。套接字允許應用程式與網路中的其他應用程式進行通訊。網路套接字是IP地址與埠的組合。

在Python中可以基於套接字來使用傳輸層提供的傳輸服務，並以此進行開發網路應用。實際開發中使用的套接字可以分為三類：流套接字（TCP套接字）、資料報套接字和原始套接字。

流式套接字

流式套接字（SOCK-STREAM）。它提供了一種可靠的、可以進行雙向連線的資料傳輸服務。其實現了資料無差錯、無重複的傳送。流式套接字自身便內設

資料報套接字

資料報套接字（SOCK-DGRAM）。它提供了一種不可靠的雙向資料傳輸服務。資料包以獨立的形式被髮送，不提供可靠性保證。資料在傳輸過程中可能會丟失或重複，並且不能保證在接收端按傳送順序接收資料。在TCP/IP協議簇中，使用UDP協議來實現資料報套接字。在出現差錯的可能性較小或允許部分傳輸出錯的應用場合，可以使用資料報套接字進行資料傳輸，這樣通訊的效率較高。

原始套接字

原始套接字（SOCK-RAW）。該套接字允許對較低層協議（如IP或ICMP）進行直接訪問，常用於網路協議分析

上述就是套接字的大體知識，對套接字有了一定的瞭解，我們就可以步入正題了。

幾個定義：

1. IP地址：即依照TCP/IP協議分配給本地主機的網路地址，兩個程序要通訊，任一程序首先要知道通訊對方的位置，即對方的IP。
2. 埠號：用來辨別本地通訊程序，一個本地的程序在通訊時均會佔用一個埠號，不同的程序埠號不同，因此在通訊前必須要分配一個沒有被訪問的埠號。
3. 連線：指兩個程序間的通訊鏈路。
4. 半相關：網路中用一個三元組可以在全域性唯一標誌一個程序：（協議，本地地址，本地埠號）這樣一個三元組，叫做一個半相關,它指定連線的每半部分。
5. 全相關：一個完整的網間程序通訊需要由兩個程序組成，並且只能使用同一種高層協議。也就是說，不可能通訊的一端用TCP協議，而另一端用UDP協議。因此一個完整的網間通訊需要一個五元組來標識：（協議，本地地址，本地埠號，遠地地址，遠地埠號），這樣一個五元組，叫做一個相關（association），即兩個協議相同的半相關才能組合成一個合適的相關，或完全指定組成一連線。

2.三次握手四次分手

序列號seq：佔4個位元組，用來標記資料段的順序，TCP把連線中傳送的所有資料位元組都編上一個序號，第一個位元組的編號由本地隨機產生；給位元組編上序號後，就給每一個報文段指派一個序號；序列號seq就是這個報文段中的第一個位元組的資料編號。

確認號ack：佔4個位元組，期待收到對方下一個報文段的第一個資料位元組的序號；序列號表示報文段攜帶資料的第一個位元組的編號；而確認號指的是期望接收到下一個位元組的編號；因此當前報文段最後一個位元組的編號+1即為確認號。

確認ACK：佔1位，僅當ACK=1時，確認號欄位才有效。ACK=0時，確認號無效

同步SYN：連線建立時用於同步序號。當SYN=1，ACK=0時表示：這是一個連線請求報文段。若同意連線，則在響應報文段中使得SYN=1，ACK=1。因此，SYN=1表示這是一個連線請求，或連線接受報文。SYN這個標誌位只有在TCP建產連線時才會被置1，握手完成後SYN標誌位被置0。

終止FIN：用來釋放一個連線。FIN=1表示：此報文段的傳送方的資料已經發送完畢，並要求釋放運輸連線

PS：ACK、SYN和FIN這些大寫的單詞表示標誌位，其值要麼是1，要麼是0；ack、seq小寫的單詞表示序號。

欄位 含義
URG 緊急指標是否有效。為1，表示某一位需要被優先處理
ACK 確認號是否有效，一般置為1。
PSH 提示接收端應用程式立即從TCP緩衝區把資料讀走。
RST 對方要求重新建立連線，復位。
SYN 請求建立連線，並在其序列號的欄位進行序列號的初始值設定。建立連線，設定為1
FIN 希望斷開連線。
三次握手過程理解

第一次握手：建立連線時，客戶端傳送syn包（syn=x）到伺服器，並進入SYN_SENT狀態，等待伺服器確認；SYN：同步序列編號（Synchronize Sequence Numbers）。

第二次握手：伺服器收到syn包，必須確認客戶的SYN（ack=x+1），同時自己也傳送一個SYN包（syn=y），即SYN+ACK包，此時伺服器進入SYN_RECV狀態；

第三次握手：客戶端收到伺服器的SYN+ACK包，向伺服器傳送確認包ACK(ack=y+1），此包傳送完畢，客戶端和伺服器進入ESTABLISHED（TCP連線成功）狀態，完成三次握手。

四次揮手過程理解

1）客戶端程序發出連線釋放報文，並且停止傳送資料。釋放資料報文首部，FIN=1，其序列號為seq=u（等於前面已經傳送過來的資料的最後一個位元組的序號加1），此時，客戶端進入FIN-WAIT-1（終止等待1）狀態。 TCP規定，FIN報文段即使不攜帶資料，也要消耗一個序號。
2）伺服器收到連線釋放報文，發出確認報文，ACK=1，ack=u+1，並且帶上自己的序列號seq=v，此時，服務端就進入了CLOSE-WAIT（關閉等待）狀態。TCP伺服器通知高層的應用程序，客戶端向伺服器的方向就釋放了，這時候處於半關閉狀態，即客戶端已經沒有資料要傳送了，但是伺服器若傳送資料，客戶端依然要接受。這個狀態還要持續一段時間，也就是整個CLOSE-WAIT狀態持續的時間。
3）客戶端收到伺服器的確認請求後，此時，客戶端就進入FIN-WAIT-2（終止等待2）狀態，等待伺服器傳送連線釋放報文（在這之前還需要接受伺服器傳送的最後的資料）。
4）伺服器將最後的資料傳送完畢後，就向客戶端傳送連線釋放報文，FIN=1，ack=u+1，由於在半關閉狀態，伺服器很可能又傳送了一些資料，假定此時的序列號為seq=w，此時，伺服器就進入了LAST-ACK（最後確認）狀態，等待客戶端的確認。
5）客戶端收到伺服器的連線釋放報文後，必須發出確認，ACK=1，ack=w+1，而自己的序列號是seq=u+1，此時，客戶端就進入了TIME-WAIT（時間等待）狀態。注意此時TCP連線還沒有釋放，必須經過2∗∗MSL（最長報文段壽命）的時間後，當客戶端撤銷相應的TCB後，才進入CLOSED狀態。
6）伺服器只要收到了客戶端發出的確認，立即進入CLOSED狀態。同樣，撤銷TCB後，就結束了這次的TCP連線。可以看到，伺服器結束TCP連線的時間要比客戶端早一些。

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