iOS深入学习 - Socket

网络各个协议：TCP/IP、socket、Http等

网络七层由上而下分别为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。

其中物理层、数据链路层和网络层通常被称作媒体层，是网络工程师所研究的对象；
传输层、会话层、表示层和应用层被称为主机层，是用户所面向和关心的内容。

• http协议对应于应用层
• TCP协议对应于传输层
• ip协议对应于网络层

三者本质上没有可比性，何况Http协议是基于TCP连接的。

TCP/IP是传输层协议，主要解决数据如何在网络中传输的；而Http是应用层协议，主要解决如何包装数据。

我们在传输数据时，可以使用传输层(TCP/IP)，但是那样的话，由于没有应用层，便无法识别数据内容，如果想要使传输数据有意义，则必须使用应用层协议。应用层协议很多，有HTTP，FTP，TELNET等等，也可以自己定义应用层协议。WEB使用HTTP作应用层协议，以封装HTTP文本信息。然后使用TCP/IP做传输层协议将它发送到网络上。Socket是对TCP/IP协议的封装，Socket本身并不是协议，而是一个调用接口(API)，通过Socket，我们才能使用TCP/IP协议。

Http和Socket连接区别

TCP连接

要想明白Socket连接，先要明白TCP连接。手机能够使用互联网功能是因为手机底层实现了TCP/IP协议，可以使手机终端通过无线网络建立TCP连接。TCP协议可以对上层网络提供接口，使上层网络数据的传输建立在“无差别”的网络之上。建立一个TCP连接需要经过“三次握手”：

1. 第一次握手：客户端发送syn包(syn = j)到服务器，并进入SYN_SEND状态，等待服务器确认；
2. 第二次握手：服务器接收syn包，必须确认客户的SYN(ack = j + 1)，同时自己也发送一个SYN包(syn = k)，即SYN + ACK包，此时服务器进入SYN_RECV状态；
3. 第三次握手：客户端收到服务器的SYN + ACK包，向服务器发送确认包ACK(ack = k + 1)，此包发送完毕，客户端和服务器进入ESTABLISHED状态，完成三次握手。

握手过程中传送的包里不包含数据，三次握手结束后，客户端与服务器才正式开始传输数据。理想状态下，TCP连接一旦建立，在通信双方中的任何一方主动关闭连接之前，TCP连接都将被一直保持下去。断开连接时服务器和客户端均可以主动发起断开TCP连接的请求，断开过程需要经过“四次握手”。

TCP连接的拆除需要发送四个包，因此称为四次握手(four-way handshake)。在socket编程中，任何一方执行close()操作即可产生握手（有地方称为“挥手”）操作。

之所以有“三次握手”和“四次握手”的区别，是因为连接时当Server端收到Client端的SYN连接请求报文后，可以直接发送SYN+ACK报文。其中ACK报文是用来应答的，SYN报文是用来同步的。但是关闭连接时，当Server端收到FIN报文时，很可能并不会立即关闭SOCKET，所以只能先回复一个ACK报文，告诉Client端，”你发的FIN报文我收到了”。只有等到我Server端所有的报文都发送完了，我才能发送FIN报文，因此不能一起发送。故需要四步握手。

HTTP协议

http协议即超文本传输协议(Hypertext Transfer Protocol)，是web联网的基础，也是手机联网常用的协议之一，http协议是建立在TCP协议之上的一种应用。
http连接最显著的特点是客户端发送的每次请求都需要服务器回送响应，在请求结束后，会主动释放连接。从建立连接到关闭连接的过程称为“一次连接”。

1. 在http 1.0中，客户端每次请求都要求建立一次单独的连接，在处理完本次请求后，就自动释放连接。
2. 在http 1.1中，则可以在一次连接中处理多个请求，并且多个请求可以重叠进行，不需要等待一个请求结束后再发送下一个请求。

由于http在每次请求结束后都会主动释放连接，因此http连接是一种“短连接”，要保持客户端程序的在线状态，需要不断的向服务器发起连接请求。通常的做法是即使不需要获得任何数据，客户端也保持每隔一段固定的时间向服务器发送一次“保持连接”的请求，服务器在收到该请求后对客户端进行回复，表明知道客户端在线。若服务器长时间无法收到客户端的请求，则认为客户端“下线”，若客户端长时间无法收到服务器的回复，则认为网络已经断开。

Socket原理

套接字(socket)概念

套接字(socket)是通信的基石，是支持TCP/IP协议的网络通信的基本单元。
通讯示意图：

通讯原理图：

它是网络通信过程中端点的抽象表示，包含进行网络通信必须的五种信息：连接使用的协议、本地主机的IP地址、本地进程的协议端口、远地主机的IP地址、远地进程的协议端口。

应用层通过传输层进行数据通信时，TCP会遇到同时为多个应用程序进程提供并发服务的问题。多个TCP连接或多个应用程序进程可能需要通过同一个TCP协议端口传输数据。为了区别不同的应用程序进程和连接，许多计算机操作系统为应用程序与TCP/IP协议交互提供了套接字(socket)接口。应用层和传输层通过socket接口，区分来自不同应用程序进程或者网络连接的通信，实现数据传输的并发服务。

建立socket连接

建立socket连接至少需要一对套接字，其中一个运行于客户端，称为ClientSocket，另一个运行于服务器端，称为ServerSocket。
套接字之间的连接分为三个步骤：

1. 服务器监听
2. 客户端请求
3. 连接确认

服务器监听：服务器端套接字并不定位具体的客户端套接字，而是处于等待连接的状态，实时监控网络状态，等待客户端的连接请求。
客户端请求：指客户端的套接字提出连接请求，要连接的目标是服务器端的套接字。为此，客户端的套接字必须首先描述他要连接的服务器的套接字，指出服务器端套接字的地址和端口号，然后向服务器端套接字提出连接请求。
连接确认：当服务器端套接字监听或者说接受到客户端套接字的连接请求时，就响应客户端套接字的请求，建立一个新的线程，把服务器端套接字的描述发给客户端，一旦客户端确认了此描述，双方就正式建立连接。而服务器端套接字继续处于监听状态，继续接受其他客户端套接的连接请求。

socket连接与TCP连接

创建socket连接时，可以指定使用的传输层协议，socket可以支持不同的传输层协议(TCP或UDP),当使用TCP协议进行连接时，该socket连接就是一个TCP连接。

socket连接与http连接

由于通常情况下socket连接就是TCP连接，因此socket连接一旦建立，通信双方即可开始相互发送数据内容，知道双方连接断开。但在实际网络应用中，客户端到服务器之间的通信往往需要穿越多个中间节点，例如路由器、网关、防火墙等，大部分防火墙默认会关闭长时间处于非活跃状态的连接而导致socket连接断开，因此需要通过轮询告诉网络，该连接处于活跃状态。

而http连接使用的是“请求-响应”的方式，不仅在请求时需要先建立连接，而且需要客户端向服务器发出请求后，服务端才能回复数据。

很多情况下，需要服务器端主动向客户端推送数据，保持客户端与服务器数据的实时与同步。此时若双方建立的是socket连接，服务器就可以直接将数据传送给客户端；若双方建立的是http连接，则服务器需要等到客户端发送一次请求后才能将数据传回客户端，因此，客户端定时向服务器端发送连接请求，不仅可以保持在线，同时也是在“询问”服务器是否有新的数据，如果有就将数据传给客户端。

注意：
1、服务器返回数据不一定是一次性就返回完的，可能是一点一点的返回的，所以我们接收数据时需要创建一个循环，循环的去接收服务器每次返回到客户端的数据。
2、当最后一次返回数据为0时，说明数据已经返回完成了。
3、使用socket就不需要设置ATS。因为socket是底层实现的。

socket使用步骤

1. 创建客户端socket
2. 连接到服务器socket
3. 客户端socket发送数据到服务器socket
4. 客户端socket接收服务器返回的数据
5. 关闭客户端socket

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

@interface ViewController ()

@end

@implementation ViewController
- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    
    //1、创建客户端socket
    /**
    参数
    参数1:domain，协议域/协议簇，AF_INET(IPV4的网络开发)
    参数2:type，socket类型，SOCK_STREAM(TCP)/SOCK_DGRAM(UDP，报文)
    参数3:protocol，IPPROTO_TCP,协议，如果输入0，可以根据第二个参数，自动选择协议
    
    返回值 int类型，如果>0,就表示创建客户端socket成功，返回socket
    */
    
    int clientSocket = socket(AF_INET, SOCKET_STREAM, 0);
    if (clientSocket > 0) {
        NSLog(@"创建客户端socket成功");
    }
    
    //2、客户端socket连接到服务器的socket
    /**
    参数：
    参数1:客户端socket
    参数2:指向数据结构sockaddr的指针，其中包括目的端口和IP地址，服务器的“结构体”地址。提示：C语言中没有对象。
    参数3:结构体数据长度
    
    返回值 0 成功/其他  错误代码，(不是非0即真)
    */
    
    struct sockaddr_in addr;
    addr.sin_family = AF_INET;
    addr.sin_port = htons(80);
    addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("119.75.217.109");
    
    int isConnected = connect(clientSocket, (const struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));
    if (isConnected == 0) {
        NSLog(@"连接到服务器成功");
    }
    
    //3、客户端socket向服务器socket发送请求
    /**
    参数：
    参数1:客户端socket
    参数2:发送内容地址 void * == id
    参数3:发送内容长度
    参数4:发送方式标志，一般为0
    
    返回值 如果成功，则返回发送的字节数，失败则返回SOCKET_ERROR
    */
    
    NSString *sendMsg = @"GET / HTTP/1.1\r\n"
                        "Host: www.baidu.com\r\n"
                        "User-Agent: iphone\r\n"
                        "Connection: close\r\n\r\n"
                        ;
                        
    ssize_t sendCount = send(clientSocket, sendMsg.UTF8String, strlen(sendMsg.UTF8String), 0);
    NSLog(@"发送字符数 %ld",sendCount);
    
    //4、客户端socket接收服务器socket发送的数据(响应)
    /**
    参数：
    参数1：客户端socket
    参数2：接收内容缓存区地址
    参数3：接收内容缓存区长度
    参数4：接收方式，0表示阻塞，必须等待服务器返回数据
    
    返回值 如果返回成功，则返回读入的字节数，失败则返回SOCKET_ERROR
    
    提示：服务器发送给客户端数据时，是一点一点发送的
    提示：当服务器把数据都发送完了以后，再次发送时，只发送0字节
    */
    
    //创建接收服务器发送的数据的容器 / 缓冲区，并且指定了容器
    uint8_t buffer[1024];
    //需要创建一个容器
    NSMutableData *dataM = [NSMutableData data];
    
    //循环的接收服务器发送的数据
    ssize_t recvCount = -1;
    while (recvCount != 0) {
        //只接收了一次
        recvCount = recv(clientSocket, buffer, sizeof(buffer), 0);
        NSLog(@"接收的内容数 %ld", recvCount);
        [dataM appendBytes: buffer, length: recvCount];
    }
    
    NSString *html = [[NSString alloc] initWithData: dataM encoding: NSUTF8StringEncoding];
    NSLog(@"%@", html);
    
    //5、关闭socket
    close(clientSocket[]());
}
@end