Socket通信

一、网络各个协议：TCP/IP、SOCKET、HTTP等

网络七层由下往上分别为物理层、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、表示层和应用层则被称作主机层，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；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，可以只使用传输层（TCP/IP），但是那样的话，由于没有应用层，便无法识别数据内容，如果想要使传输的数据有意义，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作传输层协议，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。

二、Http和Socket连接区别

 相信不少初学手机联网开发的朋友都想知道Http与Socket连接究竟有什么区别，希望通过自己的浅显理解能对初学者有所帮助。

2.1、TCP连接

要想明白Socket连接，先要明白TCP连接。手机能够使用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。

建立起一个TCP连接需要经过“三次握手”：

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；

第二次握手：服务器收到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；

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，三次握手完毕后，客户端与服务器才正式开始传送数据。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”（过程就不细写了，就是服务器和客户端交互，最终确定断开）

2.2、HTTP连接

HTTP协议即超文本传送协议(HypertextTransfer 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，客户端的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，需要不断地向服务器发起连接请求。通常的做法是即时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。

三、SOCKET原理

3.1、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操作单元。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。应用层可以和传输层通过Socket接口，区分来自不同应用程序进程或网络连接的通信，实现数据传输的并发服务。

3.2 、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。

套接字之间的连接过程分为三个步骤：服务器监听，客户端请求，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它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，然后就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到或者说接收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，继续接收其他客户端套接字的连接请求。

 3.3、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。

 3.4、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，直到双方连接断开。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 连接断连，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，服务器端才能回复数据。

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给客户端，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。

客户端：

导入头文件：

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

1. 创建连接

CFSocketContext sockContext = {0, 　　　　　　　　// 结构体的版本，必须为0
self,  　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　// 一个任意指针的数据，可以用在创建时CFSocket对象相关联。这个指针被传递给所有的上下文中定义的回调。
NULL, 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　// 一个定义在上面指针中的retain的回调， 可以为NULL
NULL, NULL};

CFSocketRef _socket = (kCFAllocatorDefault,    // 为新对象分配内存，可以为nil
PF_INET,         　　　　　　　　　　　　　　　　   // 协议族，如果为0或者负数，则默认为PF_INET
SOCK_STREAM,                                   // 套接字类型，如果协议族为PF_INET,则它会默认为SOCK_STREAM
IPPROTO_TCP,                                   // 套接字协议，如果协议族是PF_INET且协议是0或者负数，它会默认为IPPROTO_TCP
kCFSocketConnectCallBack, 　　　　　　　　　　    // 触发回调函数的socket消息类型，具体见Callback Types
TCPServerConnectCallBack, 　　　　　　　　　　　　 // 上面情况下触发的回调函数
&sockContext 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　// 一个持有CFSocket结构信息的对象，可以为nil
);

if (_socket != nil) {
    struct sockaddr_in addr4;   // IPV4
    memset(&addr4, 0, sizeof(addr4));
    addr4.sin_len = sizeof(addr4);
    addr4.sin_family = AF_INET;
    addr4.sin_port = htons(8888);
    addr4.sin_addr.s_addr = inet_addr([strAddress UTF8String]);  // 把字符串的地址转换为机器可识别的网络地址
       
    // 把sockaddr_in结构体中的地址转换为Data
    CFDataRef address = CFDataCreate(kCFAllocatorDefault, (UInt8 *)&addr4, sizeof(addr4));
    CFSocketConnectToAddress(_socket, 　　　　　　　　　// 连接的socket
address,　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　   // CFDataRef类型的包含上面socket的远程地址的对象
-1  // 连接超时时间，如果为负，则不尝试连接，而是把连接放在后台进行，如果_socket消息类型为kCFSocketConnectCallBack，将会在连接成功或失败的时候在后台触发回调函数
);

    CFRunLoopRef cRunRef = CFRunLoopGetCurrent();    // 获取当前线程的循环
    // 创建一个循环，但并没有真正加如到循环中，需要调用CFRunLoopAddSource
    CFRunLoopSourceRef sourceRef = CFSocketCreateRunLoopSource(kCFAllocatorDefault, _socket, 0);
    CFRunLoopAddSource(cRunRef, 　　　　　　　　　　   // 运行循环
    sourceRef,  　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  // 增加的运行循环源, 它会被retain一次
    kCFRunLoopCommonModes  　　　　　　　　　　　　　　 // 增加的运行循环源的模式
    );
    CFRelease(courceRef);
}

2. 设置回调函数

// socket回调函数的格式：
static void TCPServerConnectCallBack(CFSocketRef socket, CFSocketCallBackType type, CFDataRef address, const void *data, void *info) ｛
    if (data != NULL) {
        // 当socket为kCFSocketConnectCallBack时，失败时回调失败会返回一个错误代码指针，其他情况返回NULL
        NSLog(@"连接失败");
        return;
    }
    TCPClient *client = (TCPClient *)info;
    // 读取接收的数据
    [info performSlectorInBackground:@selector(readStream) withObject:nil];
｝

3. 接收发送数据

// 读取接收的数据
- (void)readStream {
    char buffer[1024];
    NSAutoreleasePool *pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];
    while (recv(CFSocketGetNative(_socket), //与本机关联的Socket 如果已经失效返回－1:INVALID_SOCKET
           buffer, sizeof(buffer), 0)) {
        NSLog(@"%@", [NSString stringWithUTF8String:buffer]);
    }
}

// 发送数据
- (void)sendMessage {
    NSString *stringTosend = @"你好";
    char *data = [stringTosend UTF8String];
    send(SFSocketGetNative(_socket), data, strlen(data) + 1, 0);
}

服务器端：

CFSockteRef _socket;
CFWriteStreamRef outputStream = NULL;

int setupSocket() {
    _socket = CFSocketCreate(kCFAllocatorDefault, PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP, kCFSocketAcceptCallBack, TCPServerAcceptCallBack, NULL);
    if (NULL == _socket) {
        NSLog(@"Cannot create socket!");
        return 0;
    }
   
    int optval = 1;
    setsockopt(CFSocketGetNative(_socket), SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, // 允许重用本地地址和端口
(void *)&optval, sizeof(optval));
   
    struct sockaddr_in addr4;
    memset(&addr4, 0, sizeof(addr4));
    addr4.sin_len = sizeof(addr4);
    addr4.sin_family = AF_INET;
    addr4.sin_port = htons(port);
    addr4.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    CFDataRef address = CFDataCreate(kCFAllocatorDefault, (UInt8 *)&addr4, sizeof(addr4));
   
    if (kCFSocketSuccess != CFSocketSetAddress(_socket, address)) {
        NSLog(@"Bind to address failed!");
        if (_socket)
             CFRelease(_socket);
        _socket = NULL;
        return 0;
    }
       
    CFRunLoopRef cfRunLoop = CFRunLoopGetCurrent();
    CFRunLoopSourceRef source = CFSocketCreateRunLoopSource(kCFAllocatorDefault, _socket, 0);
    CFRunLoopAddSource(cfRunLoop, source, kCFRunLoopCommonModes);
    CFRelease(source);
   
    return 1;
}

// socket回调函数，同客户端
void TCPServerAcceptCallBack(CFSocketRef socket, CFSocketCallBackType type, CFDataRef address, const void *data, void *info) {
    if (kCFSocketAcceptCallBack == type) {
        // 本地套接字句柄
        CFSocketNativeHandle nativeSocketHandle = *(CFSocketNativeHandle *)data;
        uint8_t name[SOCK_MAXADDRLEN];      
        socklen_t nameLen = sizeof(name);
        if (0 != getpeername(nativeSocketHandle, (struct sockaddr *)name, &nameLen)) {
            NSLog(@"error");
            exit(1);
        }
        NSLog(@"%@ connected.", inet_ntoa( ((struct sockaddr_in *)name)->sin_addr )):

        CFReadStreamRef iStream;
        CFWriteStreamRef oStream;
        // 创建一个可读写的socket连接
        CFStreamCreatePairWithSocket(kCFAllocatorDefault, nativeSocketHandle, &iStream, &oStream); 
        if (iStream && oStream) {
            CFStreamClientContext streamContext = {0, NULL, NULL, NULL};
            if (!CFReadStreamSetClient(iStream, kCFStreamEventHasBytesAvaiable,
                                       readStream, // 回调函数，当有可读的数据时调用
                                       &streamContext)){
                exit(1);
            }

            if (!CFReadStreamSetClient(iStream, kCFStreamEventCanAcceptBytes, writeStream, &streamContext)){
                exit(1);
            }

            CFReadStreamScheduleWithRunLoop(iStream, CFRunLoopGetCurrent(), kCFRunLoopCommomModes);
            CFWriteStreamScheduleWithRunLoop(wStream, CFRunLoopGetCurrent(), kCFRunLoopCommomModes);
            CFReadStreamOpen(iStream);
            CFWriteStreamOpen(wStream);
        } else {
             close(nativeSocketHandle); 
        }
    }
}

// 读取数据
void readStream(CFReadStreamRef stream, CFStreamEventType eventType, void *clientCallBackInfo) {
    UInt8 buff[255];
    CFReadStreamRead(stream, buff, 255);
    printf("received: %s", buff);
}

void writeStream (CFWriteStreamRef stream, CFStreamEventType eventType, void *clientCallBackInfo) {
    outputStream = stream;
}

main {
    char *str = "nihao";
   
    if (outputStream != NULL) {
        CFWriteStreamWrite(outputStream, str, strlen(line) + 1);
    } else {
        NSLog(@"Cannot send data!");
    }
}

// 开辟一个线程线程函数中
void runLoopInThread() {
    int res = setupSocket();
    if (!res) {
        exit(1);
    }
    CFRunLoopRun();    // 运行当前线程的CFRunLoop对象
}