通信Socket编程

Socket编程

什么是Socket：
Socket，英文含义是【插座、插孔】，一般称之为套接字，用于描述IP地址和端口。可以实现不同程序间的数据通信。
Socket起源于Unix，而Unix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。Socket就是该模式的一个实现，网络的Socket数据传输是一种特殊的I/O，Socket也是一种文件描述符。Socket也具有一个类似于打开文件的函数调用：Socket()，该函数返回一个整型的Socket描述符，随后的连接建立、数据传输等操作都是通过该Socket实现的。
套接字的内核实现较为复杂，不宜在学习初期深入学习，了解到如下结构足矣。

套接字通讯原理示意
在TCP/IP协议中，“IP地址+TCP或UDP端口号”唯一标识网络通讯中的一个进程。“IP地址+端口号”就对应一个socket。欲建立连接的两个进程各自有一个socket来标识，那么这两个socket组成的socket pair就唯一标识一个连接。因此可以用Socket来描述网络连接的一对一关系。
常用的Socket类型有两种：流式Socket（SOCK_STREAM）和数据报式Socket（SOCK_DGRAM）。流式是一种面向连接的Socket，针对于面向连接的TCP服务应用；数据报式Socket是一种无连接的Socket，对应于无连接的UDP服务应用。

网络应用程序设计模式

C/S模式
传统的网络应用设计模式，客户机(client)/服务器(server)模式。需要在通讯两端各自部署客户机和服务器来完成数据通信。
B/S模式
浏览器(Browser)/服务器(Server)模式。只需在一端部署服务器，而另外一端使用每台PC都默认配置的浏览器即可完成数据的传输。
优缺点
对于C/S模式来说，其优点明显。客户端位于目标主机上可以保证性能，将数据缓存至客户端本地，从而提高数据传输效率。且，一般来说客户端和服务器程序由一个开发团队创作，所以他们之间所采用的协议相对灵活。可以在标准协议的基础上根据需求裁剪及定制。例如，腾讯所采用的通信协议，即为ftp协议的修改剪裁版。
因此，传统的网络应用程序及较大型的网络应用程序都首选C/S模式进行开发。如，知名的网络游戏魔兽世界。3D画面，数据量庞大，使用C/S模式可以提前在本地进行大量数据的缓存处理，从而提高观感。
C/S模式的缺点也较突出。由于客户端和服务器都需要有一个开发团队来完成开发。工作量将成倍提升，开发周期较长。另外，从用户角度出发，需要将客户端安插至用户主机上，对用户主机的安全性构成威胁。这也是很多用户不愿使用C/S模式应用程序的重要原因。
B/S模式相比C/S模式而言，由于它没有独立的客户端，使用标准浏览器作为客户端，其工作开发量较小。只需开发服务器端即可。另外由于其采用浏览器显示数据，因此移植性非常好，不受平台限制。如早期的偷菜游戏，在各个平台上都可以完美运行。
B/S模式的缺点也较明显。由于使用第三方浏览器，因此网络应用支持受限。另外，没有客户端放到对方主机上，缓存数据不尽如人意，从而传输数据量受到限制。应用的观感大打折扣。第三，必须与浏览器一样，采用标准http协议进行通信，协议选择不灵活。
因此在开发过程中，模式的选择由上述各自的特点决定。根据实际需求选择应用程序设计模式。
TCP的C/S架构

简单的C/S模型通信 Server端：

Listen函数：
    func Listen(network, address string) (Listener, error)
        network：选用的协议：TCP、UDP，  如：“tcp”或 “udp”
        address：IP地址+端口号,           如：“127.0.0.1:8000”或 “:8000”
Listener 接口：
type Listener interface {
            Accept() (Conn, error)
            Close() error
            Addr() Addr
}

Conn 接口：

type Conn interface {
    Read(b []byte) (n int, err error)
    Write(b []byte) (n int, err error)
    Close() error
    LocalAddr() Addr
    RemoteAddr() Addr
    SetDeadline(t time.Time) error
    SetReadDeadline(t time.Time) error
    SetWriteDeadline(t time.Time) error
}

参看 https://studygolang.com/pkgdoc 中文帮助文档中的demo：示例代码： TCP服务器.go

package main

import (
   "net"
   "fmt"
)

func main()  {
   // 创建监听
   listener, err:= net.Listen("tcp", ":8000")
   if err != nil {
      fmt.Println("listen err:", err)
      return
   }
   defer listener.Close()          // 主协程结束时，关闭listener

   fmt.Println("服务器等待客户端建立连接...")
   // 等待客户端连接请求
   conn, err := listener.Accept()
   if err != nil {
      fmt.Println("accept err:", err)
      return
   }
   defer conn.Close()             // 使用结束，断开与客户端链接
   fmt.Println("客户端与服务器连接建立成功...")

   // 接收客户端数据
   buf := make([]byte, 1024)        // 创建1024大小的缓冲区，用于read
   n, err := conn.Read(buf)
   if err != nil {
      fmt.Println("read err:", err)
      return
   }
   fmt.Println("服务器读到:", string(buf[:n])) // 读多少，打印多少。
}

如图，在整个通信过程中，服务器端有两个socket参与进来，但用于通信的只有 conn 这个socket。它是由 listener创建的。隶属于服务器端。

Client 端：

1
2
3

func Dial(network, address string) (Conn, error)
        network：选用的协议：TCP、UDP，如：“tcp”或 “udp”
        address：服务器IP地址+端口号, 如：“121.36.108.11:8000”或 “www.itcast.cn:8000”

Conn 接口：

type Conn interface {
    Read(b []byte) (n int, err error)
    Write(b []byte) (n int, err error)
    Close() error
    LocalAddr() Addr
    RemoteAddr() Addr
    SetDeadline(t time.Time) error
    SetReadDeadline(t time.Time) error
    SetWriteDeadline(t time.Time) error
}

客户端实现

package main

import (
   "net"
   "fmt"
)

func main() {
   // 主动发起连接请求
   conn, err := net.Dial("tcp", "127.0.0.1:8000")
   if err != nil {
      fmt.Println("Dial err:", err)
      return
   }
   defer conn.Close()         // 结束时，关闭连接

   // 发送数据
   _, err = conn.Write([]byte("Are u ready?"))
   if err != nil {
      fmt.Println("Write err:", err)
      return
   }
}

下一章节将讲解一下并发模型的服务器，以及TCP通信过程，还有UDP服务器的讲解；