Socket

socket又称为套接字，是应用层和传输层中间的软件抽象层，在网络中两个应用通过双向通信连接实现数据交互，向网络中另一个应用发送请求或应答其他网络请求，区别于WebSocket，socket是一组接口，WebSocket是协议。通信及关闭通信过程需要建立三次握手连接和四次挥手协议。

三次握手建立连接

第一次握手：客户端向服务端发送一个SYN（同步序列编号）包到服务端，并进入syn_send状态，等待服务器进行确认
第二次握手：服务器收到并确认客户端的SYN包，同时服务端也发送一个SYN包（SYN+ACK确认字符）包，此时服务器进入syn_recv状态
第三次握手：客户端接收到SYN+ACK包之后，向服务器发送确认包SYN+1，此时客户端与服务端进入到确立状态

完成三次握手之后两端便可以通讯了。

握手过程：

build_connect.png

有聚有散，四次挥手协议

第一次挥手：客户端向服务端发送FIN+ACK包，告诉服务端需要要结束连接
第二次挥手：服务端收到断开连接消息后，返回ACK包表示确认，确认序号为收到的序号加1，表示同意断开
第三次挥手：服务端数据传输完成后关闭客户端的连接，并向客户端发送FIN+ACK包通知客户端关闭连接
第四次挥手：客户端发送FIN+ACK包确认，FIN+1，服务端接收数据后断开连接，客户端等待一段时间，没有消息后即断开连接

完成之后TCP连接断开，以上为客户端主动发起断开连接的请求，服务器发起过程同上。

挥手过程：

bye.png

socket连接示意图：

socket.png

五层协议体系结构

framework.png

一、建立socket链接，Mac端终端使用nc命令做端口监听，oc作为客户端建立socket连接。

nc/netcat(选项)(参数)

-g<网关>：设置路由器跃程通信网关，最多设置8个；
-G<指向器数目>：设置来源路由指向器，其数值为4的倍数；
-h：在线帮助；
-i<延迟秒数>：设置时间间隔，以便传送信息及扫描通信端口；
-l：使用监听模式，监控传入的资料；
-n：直接使用ip地址，而不通过域名服务器；
-o<输出文件>：指定文件名称，把往来传输的数据以16进制字码倾倒成该文件保存；
-p<通信端口>：设置本地主机使用的通信端口；
-r：指定源端口和目的端口都进行随机的选择；
-s<来源位址>：设置本地主机送出数据包的IP地址；
-u：使用UDP传输协议；
-v：显示指令执行过程；
-w<超时秒数>：设置等待连线的时间；
-z：使用0输入/输出模式，只在扫描通信端口时使用。

1、服务端端口监听
nc -l 6666
2、永久监听TCP端口
nc -lk port
3、临时监听UDP
nc -lu port
4、永久监听UDP
nc -luk port
5、连接服务端
nc -v 127.0.0.1 666
6、端口扫描
nc -v -w 1 127.0.0.1 -z 1-1000

客户端代码：

#import "ViewController.h"
#import <sys/socket.h>
#import <arpa/inet.h>//inet_addr

#define connect_host @"127.0.0.1"
#define connect_port 6666
@interface ViewController (){
    int clientSocket;
    dispatch_queue_t queSerial;
}

@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    //button
    UIButton *button = [UIButton buttonWithType:UIButtonTypeCustom];
    button.frame = CGRectMake((self.view.frame.size.width-200)/2, 100, 200, 30);
    button.backgroundColor = [UIColor grayColor];
    [button setTitle:@"发送普通文本" forState:UIControlStateNormal];
    [button addTarget:self action:@selector(btn:) forControlEvents:UIControlEventTouchUpInside];
    [self.view addSubview:button];
    button = [UIButton buttonWithType:UIButtonTypeCustom];
    button.frame = CGRectMake((self.view.frame.size.width-200)/2, 150, 200, 30);
    button.backgroundColor = [UIColor grayColor];
    [button setTitle:@"发送图片" forState:UIControlStateNormal];
    [button addTarget:self action:@selector(btn:) forControlEvents:UIControlEventTouchUpInside];
    [self.view addSubview:button];
    
    button = [UIButton buttonWithType:UIButtonTypeCustom];
    button.frame = CGRectMake((self.view.frame.size.width-200)/2, 200, 200, 30);
    button.backgroundColor = [UIColor grayColor];
    [button setTitle:@"发送文本加图片" forState:UIControlStateNormal];
    [button addTarget:self action:@selector(btn:) forControlEvents:UIControlEventTouchUpInside];
    [self.view addSubview:button];
    
    [self initSocket];
}
-(void)btn:(UIButton *)button{
    if ([button.titleLabel.text isEqualToString:@"发送普通文本"]) {
        [self sendMessage:@"发送普通文本"];
    }else if ([button.titleLabel.text isEqualToString:@"发送图片"]) {
        UIImage *image = [UIImage imageNamed:@"hibo"];
        NSData *data = UIImagePNGRepresentation(image);
        NSLog(@"height：%f",image.size.height);
        NSString *dataString = [[NSString alloc] initWithData:data encoding:NSUTF8StringEncoding];
        NSLog(@"%@",dataString);
//        [self sendMessage:dataString];
    }else if ([button.titleLabel.text isEqualToString:@"发送文本加图片"]) {
        
    }
}
//发起socket连接
-(BOOL)initSocket{
    /*
     第一个参数：adress_family，协议簇 AF_INET:IPV4
     第二个参数：数据格式->SOCK_STREAM(TCP)/SOCK_DGRAM(UDP)
     第三个参数：protocal IPPROTO_TCP，如果为0会根据第二个参数选择合适的协议
     返回值：>0成功 -1失败
     */
    clientSocket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    NSLog(@"clientsocket:%d",clientSocket);
    if (clientSocket>0) {
        NSLog(@"socket create success");
    }else{
        NSLog(@"socket create error");
    }
    /*
     连接
     第一个参数：客户端socket
     第二个参数：指向数据结构，socketAddr的指针，其中包括目的端口和IP地址
     第三个参数：结构体数据长度
     返回值：0成功 其他错误
     */
    struct sockaddr_in addr4 = {0};
    addr4.sin_family = AF_INET;//ipv4
    addr4.sin_len = sizeof(addr4);
    addr4.sin_addr.s_addr = inet_addr(connect_host.UTF8String);
    addr4.sin_port = htons(connect_port);//是将整型变量从主机字节顺序转变成网络字节顺序， 就是整数在地址空间存储方式变为高位字节存放在内存的低地址处
    int flag = connect(clientSocket, (const struct sockaddr *)&addr4, sizeof(addr4));
    if (!flag) {
        [self receiveMessage];
    }else{
        clientSocket = 0;
        NSLog(@"连接失败");
    }
    return flag;
}
//接收消息
-(void)receiveMessage{
    if (!queSerial) {
        queSerial=dispatch_queue_create("jrQueueSerial", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    }
    dispatch_async(queSerial, ^{
        uint8_t buffer[1024];
        ssize_t recvLen = recv(self->clientSocket, buffer, sizeof(buffer), 0);
        NSData *data = [NSData dataWithBytes:buffer length:recvLen];
        NSString *str = [[NSString alloc] initWithData:data encoding:NSUTF8StringEncoding];
        if (recvLen>0) {
            NSLog(@"%@:%@",str,[NSThread currentThread]);
            NSLog(@"%@",str);
            [self receiveMessage];
        }else{
            NSLog(@"连接断开");
            self->clientSocket = 0;
        }
    });
}
//发送消息
-(BOOL)sendMessage:(NSString *)message{
    if (clientSocket==0) {
        BOOL flag = [self initSocket];
        if (!flag)return NO;
    }
    ssize_t sendLen = send(clientSocket, message.UTF8String, strlen(message.UTF8String), 0);
    NSLog(@"发送消息长度:%zd",sendLen);
    return sendLen>=0;
}
@end

1、在终端执行命令监听端口6666：

nc -l 127.0.0.1 6666

进入等待连接状态。

2、执行以上oc代码进行socket连接：

client_socket.png

3、以上连接成功，由服务端发送一条消息，客户端接收打印如下：

client_receive.png

注：以上代码中图片发送及文本+图片发送未完成。

二、oc模拟服务端代替Mac终端命令，一步步实现服务端的三次握手及通信。主要使用方法：

1、创建一个socket：

socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

第一个参数：address_family，协议簇 AF_INET对应的IPV4；
第二个参数：数据格式可选两种SOCK_STREAM(TCP)、SOCK_DGRAM(UDP)；
第三个参数：protocal IPPROTO_TCP，设置为0会根据第二个参数选择相应的协议；
返回值：sockaddr -1失败其他成功为socket标号1、2、3、 4，指示为当前socket。

2、端口绑定：

bind(sockaddr, (const struct sockaddr *)&addr4, sizeof(addr4));

第一个参数：创建的socket描述号；
第二个参数：对应socketaddr_in（对应IPV4）的结构体包含了端口号；
第三个参数：socketaddr_in结构体长度。

3、监听端口：

listen(sockaddr, 5);

第一个参数：创建的socket标号；
第二个参数：可以排队的最大连接个数。

4、获取连接的socket标号和以上使用的标号不同

accept(sockaddr, (struct sockaddr *)&aptsockaddr, &addrLen);

第一个参数：创建的socket描述号；
第二个参数：可以排队的最大连接个数；
返回值：接收后的socket标号。

5、接收客户端消息：

recv(aptsocket, buffer, len, 0);

第一个参数：accept返回的标号理解为当前socket；
第二个参数：接收字符的缓存变量；
第三个参数：一般设置0；
返回值：接收到的数据长度。

6、发送消息：

send(aptsocket, message.UTF8String, strlen(message.UTF8String), 0);

第一个参数：accept返回的标号理解为当前socket；
第二个参数：发送的消息字符char *型数据；
第三个参数：一般设置0；
返回值：发送的数据长度。

服务端代码：

/*
 ipv6
 struct sockaddr_in6 addr6 = {0};
 bzero(&addr6, sizeof(addr6));
 addr6.sin6_len = sizeof(addr6);
 addr6.sin6_family = AF_INET6;
 addr6.sin6_port = htons(connect_port);
 
 htons将主机的无符号短整形数转换成网络字节顺序
 htonl将主机的无符号长整形数转换成网络字节顺序
 */

#import "ViewController.h"
#import <sys/socket.h>
#import <arpa/inet.h>//inet_addr

#define connect_host @"127.0.0.1"
#define connect_port 6666

@interface ViewController ()
{
    int sockaddr;//创建的socket地址
    int aptsocket;//同意后返回的socket地址
    dispatch_queue_t queSerial;//接收消息的队列
    BOOL socket_flag;//socket标识
}

@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    //button
    UIButton *button = [UIButton buttonWithType:UIButtonTypeCustom];
    button.frame = CGRectMake((self.view.frame.size.width-200)/2, 100, 200, 30);
    button.backgroundColor = [UIColor grayColor];
    [button setTitle:@"回复文本" forState:UIControlStateNormal];
    [button addTarget:self action:@selector(btn:) forControlEvents:UIControlEventTouchUpInside];
    [self.view addSubview:button];
    button = [UIButton buttonWithType:UIButtonTypeCustom];
    button.frame = CGRectMake((self.view.frame.size.width-200)/2, 150, 200, 30);
    button.backgroundColor = [UIColor grayColor];
    [button setTitle:@"关闭链接" forState:UIControlStateNormal];
    [button addTarget:self action:@selector(btn:) forControlEvents:UIControlEventTouchUpInside];
    [self.view addSubview:button];
    button = [UIButton buttonWithType:UIButtonTypeCustom];
    button.frame = CGRectMake((self.view.frame.size.width-200)/2, 200, 200, 30);
    button.backgroundColor = [UIColor grayColor];
    [button setTitle:@"创建链接" forState:UIControlStateNormal];
    [button addTarget:self action:@selector(btn:) forControlEvents:UIControlEventTouchUpInside];
    [self.view addSubview:button];
    //创建服务端socket
    [self initServerSocket];
}
-(void)btn:(UIButton *)button{
    if ([button.titleLabel.text isEqualToString:@"回复文本"]) {
        [self sendMessage:@"回复：你好啊！！"];
    }else if ([button.titleLabel.text isEqualToString:@"关闭链接"]) {
        [self closeSocket];
    }else if ([button.titleLabel.text isEqualToString:@"创建链接"]) {
        [self initServerSocket];
    }
}
//初始化socket
-(BOOL)initServerSocket{
    socket_flag = YES;
    //1、创建一个socket
    sockaddr = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    NSLog(@"sockaddr:%d",sockaddr);
    if (sockaddr==-1) {
        NSLog(@"创建失败");
        return NO;
    }
    //ipv4
    struct sockaddr_in addr4 = {0};
    //参数说明：s 要置零的数据的起始地址； n 要置零的数据字节个数。
    memset(&addr4, 0, sizeof(addr4));
    addr4.sin_len = sizeof(addr4);
    addr4.sin_family = AF_INET;
    addr4.sin_port = htons(connect_port);//将主机的无符号短整形数转换成网络字节顺序
    addr4.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;//就是指定地址为0.0.0.0的地址,这个地址事实上表示不确定地址,或“所有地址”、“任意地址”
    //2、端口绑定
    int error = bind(sockaddr, (const struct sockaddr *)&addr4, sizeof(addr4));
    if (error!=0) {
        NSLog(@"绑定失败");
        return NO;
    }
    //3、监听端口
    error = listen(sockaddr, 5);//开始监听第二个参数可以排队的最大连接个数
    if (error!=0) {
        NSLog(@"监听失败");
        return NO;
    }
    //4、轮询
    if (!queSerial) {
        queSerial = dispatch_queue_create("receive_queue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
    }
    dispatch_async(queSerial, ^{
        [self receiveMessage];
    });
    return YES;
}
//轮询接收消息
-(void)receiveMessage{
    while (true) {
        NSLog(@"currentThread:%@",[NSThread currentThread]);
        struct sockaddr_in aptsockaddr;
        socklen_t addrLen = sizeof(aptsockaddr);
        //4、获取连接的socket
        aptsocket = accept(sockaddr, (struct sockaddr *)&aptsockaddr, &addrLen);
        NSLog(@"aptsocket:%d",aptsocket);
        if (aptsocket != -1) {
            NSLog(@"accept success address:%ss, port:%d",inet_ntoa(aptsockaddr.sin_addr),ntohs(aptsockaddr.sin_port));
            char buffer[1024];
            ssize_t recvLen;
            size_t len = sizeof(buffer);
            do{
                //5、接收客户端的消息
                recvLen = recv(aptsocket, buffer, len, 0);
                NSString *str = [NSString stringWithCString:buffer encoding:NSUTF8StringEncoding];
                NSLog(@"receive:%@",str);
                NSLog(@"buffer:%s",buffer);
                [self sendMessage:@"回复你：哈哈"];
            }while(socket_flag);
        }
        close(aptsocket);
        break;//链接失败后跳出轮询
    }
}
//发送消息
-(BOOL)sendMessage:(NSString *)message{
    if (sockaddr==0) {
        NSLog(@"链接已断开");
    }
    ssize_t sendLen = send(aptsocket, message.UTF8String, strlen(message.UTF8String), 0);
    NSLog(@"发送消息长度:%zd",sendLen);
    return sendLen>=0;
}
//断开链接
-(void)closeSocket{
    NSLog(@"关闭链接");
    socket_flag = NO;
}

@end

通过以上过程，对socket通信能有一个初步了解，可以利用socket通信搭建一套简单的聊天系统。

长连接和短连接的区别
长连接：建立连接->数据传输……保持连接……数据传输->关闭连接
短连接：建立连接->数据传输->关闭连接……建立连接->数据传输->关闭连接