【网络编程】socket、端口、进程的关系

文章目录

• 1. Socket 的概念
• 2. 内核是如何将数据包转发至 socket 的呢？
• 3. 进程与 socket
• 4. 进程与端口
• 总结

1. Socket 的概念

端口是TCP/IP协议中的概念，描述的是TCP协议上层的应用（FTP，HTTP，SMTP…），在操作系统中，可以理解为基于TCP的系统服务或者说系统进程！如下图，FTP就需要占用特定的TCP端口。TCP/IP 协议栈的实现在系统层，HTTP，FTP 在应用层，因此每个端口都要关联到一个进程上！

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而 socket 呢，是网络编程中的概念，是 TCP/IP 协议栈在操作系统中的代理，为应用层提供服务。这里的程序C，可以是FTP client，也可以是 Web client， 程序 S 则对应 FTP Server 和 Web Server。

对于操作系统来说，无论是 client 还是 server，都属于应用层的软件，要通过 socket 与内核中的网络协议栈进行交互。
socket 是核心，是枢纽，是进程与网络建立关系的必经之路！

2. 内核是如何将数据包转发至 socket 的呢？

网络数据首先到达网卡，然后进入内核，由网络协议栈去处理，那么内核是如何进行数据分发的呢？它怎么知道该如何把数据交给特定的用户进程呢？

这时，就需要 socket 发挥作用了！

socket 中存储了特定的四元组： 源ip+port，目的ip+port；

TCP Client :

1. 源 ip+port ，socket 为 [src ip, src port) <=> (*, *)] ；
2. Connect 到目的 ip+port，socket 变为 [src ip, src port) <=> (dst ip, dst port)]；
3. 通过 Socket 与 TCP Server 进行通信。

Client 端，一个连接会占用一个系统端口。

TCP Server：

1. Accept 返回的 socket 为 [src ip, src port) <=> (dst ip, dst port)]；每一个连接都对应一个 socket id。

Server 端，所有连接共享同一个端口。

当系统接收 TCP 网络数据时，根据端口定位到特定的进程，然后进程根据 socket id 区分来自不同 client 的数据。系统中所有 socket 中的四元组信息，必定唯一，不可能重复！

3. 进程与 socket

每个进程，在内核中都有一个表，保存了该进程申请并占用的所有 socket 描述符，在进程看来，socket 其实跟文件也没有什么不同，只不过通过描述符获得的对象不同而已，接口对应的系统调用也不同。

那么进程跟socket是一一对应的吗？

其实不然，socket是一种资源，就像文件一样，一个进程打开了，另一个进程也可以用，只不过socket比较特殊而已。

理论上，能够通过 sendmsg 将 socket 描述符传递给其他进程，这样其他进程就可以调用该描述符的接口了。这种场景确实不怎么会用到，也没有进行实际验证。

当然，父子进程间，还有线程间，进行 socket 的共享，是比较常见的。

4. 进程与端口

进程与端口，其实并没有什么直接或必然的关系，关键还是socket！

wireshark 抓包查看tcp协议数据包详情：

server：

#-*- coding:utf-8 -*-

from SocketServer import TCPServer, BaseRequestHandler
import traceback

class MyBaseRequestHandlerr(BaseRequestHandler):
    """
    #从BaseRequestHandler继承，并重写handle方法
    """
    def handle(self):
        #循环监听（读取）来自客户端的数据
        while True:
            #当客户端主动断开连接时，self.recv(1024)会抛出异常
            try:
                #一次读取1024字节,并去除两端的空白字符(包括空格,TAB,
,
)
                data = self.request.recv(1024).strip()
                
                #self.client_address是客户端的连接(host, port)的元组
                print "receive from (%r):%r" % (self.client_address, data)
                
                #转换成大写后写回(发生到)客户端
                self.request.sendall(data.upper())
            except:
                traceback.print_exc()
                break

if __name__ == "__main__":
    #telnet 127.0.0.1 9999
    host = ""       #主机名，可以是ip,像localhost的主机名,或""
    port = 9999     #端口
    addr = (host, port)
    
    #购置TCPServer对象，
    server = TCPServer(addr, MyBaseRequestHandlerr)
    
    #启动服务监听
    server.serve_forever()
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client：

import socket

s = socket.socket( socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM )
s.connect(( "xxx.xxx.xx.xx", 9999))
s.send("Hello socket!")
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总结

socket 的本质是一种资源，它包含了端到端的四元组信息，用来标识数据包的归属。因此，尽管 tcp 协议的端口号只有 65535 个，但是进程可拥有的 socket 数据却不限于此（受限于进程最大文件描述符数据）；

；