理解Socket

news2024/11/20 1:30:26

前言
我在去年就学习过Java中Socket的使用，但对于Socket的理解一直都是迷迷糊糊的。看了网上很多关于Socket的介绍，看完还是不太理解到底什么是Socket，还是很迷。直到最近在学习计算机网络，我才对Socket有了一个更深地理解。之前一直不理解Socket就是因为没学过计算机网络，所以对于很多概念都很模糊，那么今天我就争取用最简单的话来解释清楚到底Socket是一个什么东西，希望能够帮助到那些正在学习Socket的同学。废话不多说，开始进入正题。

正文
要想解释清楚Socket，首先要知道TCP，要想知道TCP，那就得对TCP/IP的体系结构以及每一层的大概工作有所了解，那么我们就先来说说TCP/IP的分层。

TCP/IP体系结构
首先简单说一下OSI参考模型，OSI将网络分为七层，自下而上分别是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层，而TCP/IP体系结构则将网络分为四层，自下而上分别是网络接口层、网络层、传输层、应用层。为了将每一层讲明白，我们讲网络接口层拆分为物理层和数据链路层，我在《图解TCP/IP》上面找了一张OSI参考模型和TCP/IP体系结构的对照图，大家可以看一下：

介绍了了TCP/IP有哪几层后，再来说一说每一层的大概功能。计算机的世界很奇妙，它里面有很多东西和现实世界都是一一对应的，这也可能是计算机设计者们有意而为之的吧。我先来说一下一个数据包在网络中的传输过程，再来用物流的例子对照着解释一遍，你就应该能够明白每一层的作用了。

看上面的图，发送端想要发送数据到接收端。首先应用层准备好要发送的数据，然后给了传输层，传输层的主要作用就是为发送端和接收端提供可靠的连接服务，传输层将数据处理完后就给了网络层。网络层的功能就是管理网络，其中一个核心的功能就是路径的选择(路由)，从发送端到接收端有很多条路，网络层就负责管理下一步数据应该到哪个路由器。选择好了路径之后，数据就来到了数据链路层，这一层就是负责将数据从一个路由器送到另一个路由器。然后就是物理层了，可以简单的理解，物理层就是网线一类的最基础的设备。

可能有很多同学看到我上面的一段话后还是一知半解，没关系，我再用物流的例子解释一遍你就明白了：

小明住在上海市长江路幸福小区5#666，现在小明在京东上面买了一部小米10Pro。京东在接到小米的订单后，工作人员从仓库中找到一部小米10Pro（应用层）。工作人员将手机打包好，交给了京东物流（传输层）。接下来手机就到了转运中心（路由器），转运中心根据时间，成本等一系列因素决定下一步该发往哪一个转运中心(网络层)。决定好接下来发往哪一个转运中心后就开始用货车运输了，那么运输的过程就是数据链路层了，链路层负责将数据从一个端点送到另一个端点。那么货车行驶的道路就是物理层。几经周转，手机安全地送到了小明手上。

看完这个例子后，我相信大家就应该明白了数据在网络中转发的过程以及每一层的作用了吧。那么接下来我再来介绍一下TCP。

TCP协议
先来看一下百度百科对于TCP协议的定义：传输控制协议（TCP，Transmission Control Protocol）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。这段文字是什么意思呢，我们再接着说上面一个例子。

发货之前工作人员首先得要确认一下路是不是通吧，比如现在是过年，物流全部停运不就是路不通吗，那还发什么货呀。要是没什么问题，物流全部正常运作就发货呗。手机到达小明家后，小明先拆开看看手机在运输途中有没有损坏，有损坏就联系客服处理，没问题就确认收货。再回到上面的定义中，面向连接指的是先建立连接再发送数据，也就是先确认路可以走得通再发货。可靠就是如果货物在运输过程中有损坏或者丢失就让京东重新发货，确保小明收到的手机是没有任何问题的。基于字节流的意思就是比如小明买了手机又买了手机配件，分开发货，几件物品不是在一个包裹里，一个一个发。在这个例子中，京东的工作人员和小明充当了TCP协议的角色，他们两个共同确保了货物的完整性。

Socket
解释了TCP/IP体系结构以及TCP协议的大概内容后就可以来说一说什么是Socket了。还是先来看一下百度百科对于Socket的介绍：套接字（socket）是一个抽象层，应用程序可以通过它发送或接收数据，可对其进行像对文件一样的打开、读写和关闭等操作。套接字允许应用程序将I/O插入到网络中，并与网络中的其他应用程序进行通信。网络套接字是IP地址与端口的组合。

我们将一个小区比作一台计算机，一台计算机里面跑了很多程序，怎么区分程序呢，用的是端口，就好像小区用门牌号区分每一户人家一样。手机送到小明家了，怎么进去呢？从大门进啊，怎么找到大门呢？门牌号呀。不就相当于从互联网来的数据找到接收端计算机后再根据端口判断应该给哪一个程序一样吗。小明家的入口就可以用小区地址+门牌号进行唯一表示，那么同样的道理，程序也可以用IP+端口号进行唯一标识。那么这个程序的入口就被称作Socket。