Socket论述

套接字是通信的基础，是支持网络协议数据通信的基本接口。Winsocket提供了一些有趣的I/O模型，有助于应用程序通过一种“异步”方式，一次对一个或者多个套接字上进行的通信加以管理。微软针对重叠I/O 模 型提供了一些特有的扩展函数。当使用重叠I/O 模型时，可以选择使用不同的完成通知方式。采用事 件对象通知的重叠I/O 模型是不可伸缩的。使用完 成例程通知的重叠I/O 模型为何也不是开发高性能服务器的最佳选择。对客户端进程使用socket()调用得到一个socket描述符,TCP是面向连接的传输协议,若使用无连接的UDP协议通信流程略有不同，此次采用TCP协议进行分析。 ### Socket论述知识点详解 #### 一、套接字的基础概念 **套接字**（Socket）作为一种基础的网络通信机制，被广泛应用于不同系统间的通信过程中。它为应用程序提供了访问低层传输协议（如TCP/IP）的方法。在现代网络编程中，无论是客户端还是服务器端的应用开发，都需要对套接字及其相关技术有深入的理解。 #### 二、Winsocket I/O模型概述 Winsocket是微软提供的用于Windows平台的网络编程API，它基于标准的BSD sockets API进行了扩展，以适应Windows操作系统的特点。Winsocket提供了多种I/O模型，包括同步模型和异步模型。其中，**重叠I/O模型**是一种特别高效的异步I/O模型，能够显著提高应用程序的性能。 ##### 1. 重叠I/O模型介绍 重叠I/O模型是Winsocket中最先进的I/O模型之一，允许应用程序同时对多个套接字执行输入输出操作，并且无需等待这些操作完成即可返回。这种非阻塞式的I/O操作提高了系统的响应速度和吞吐量。 ##### 2. 重叠I/O模型中的扩展函数 微软针对重叠I/O模型提供了一些特有的扩展函数，例如`WSASend`、`WSARecv`等，这些函数可以与重叠结构`WSAOVERLAPPED`一起使用，以便更高效地管理网络通信。 #### 三、完成通知方式的选择 在使用重叠I/O模型时，开发者可以根据实际需求选择不同的完成通知方式。主要有以下两种： ##### 1. 事件对象通知的重叠I/O模型 这种模型使用事件对象来通知I/O操作的完成状态。然而，由于每个线程只能支持64个套接字，因此该模型的可伸缩性较差。如果想要同时处理更多套接字，则需要创建额外的工作者线程来等待更多的事件对象。这种方式增加了系统的复杂度，并且可能导致资源浪费。 ##### 2. 完成例程通知的重叠I/O模型 另一种方式是使用完成例程（Completion Routines）来通知I/O操作的完成。尽管这种方式比事件对象通知更灵活，但仍然存在一些限制。比如，在处理大量并发连接时，可能会遇到性能瓶颈。因此，它也不是开发高性能服务器的最佳选择。 #### 四、创建和配置套接字 为了能够在套接字上使用重叠I/O模型处理网络数据通信，首先要使用`WSASocket`函数创建一个带有`WSA_FLAG_OVERLAPPED`标志的套接字。例如： ```c SOCKET s = WSASocket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0, NULL, 0, WSA_FLAG_OVERLAPPED); ``` 接着，可以使用`bind`函数将套接字绑定到本地接口，然后通过调用`WSASend`、`WSARecv`等函数来进行异步I/O操作。 #### 五、TCP协议下的通信流程 对于TCP协议，通信过程通常涉及以下几个步骤： 1. **客户端**: 使用`socket()`函数创建套接字描述符，并通过`connect()`函数向服务器发起连接。 2. **服务器端**: - 使用`socket()`函数创建套接字描述符。 - 通过`bind()`函数将套接字绑定到指定的端口。 - 使用`listen()`函数使套接字进入监听状态。 - 通过`accept()`函数接收来自客户端的连接请求。 3. **连接建立后**: - 客户端和服务器端可以通过`send()`和`recv()`函数进行数据的发送和接收。 - 可以使用`read()`和`write()`函数来读写套接字描述符，实现数据传输。 #### 六、面向连接与无连接协议的区别 TCP是面向连接的传输协议，它提供了一种可靠的数据传输服务，确保了数据的顺序性和完整性。相比之下，UDP协议是无连接的，虽然它在网络传输效率方面具有优势，但在数据包的完整性和可靠性方面不如TCP。因此，在选择通信协议时，应根据具体的应用场景和需求进行合理选择。 套接字是网络编程的核心组成部分，而Winsocket的重叠I/O模型更是提升网络应用程序性能的关键技术之一。通过合理选择I/O模型和完成通知方式，可以有效提高网络通信的效率和可靠性。