Linux 进程间套接字通信（Socket)基础知识

姓名：罗学元    学号：21181214375    学院：广州研究院
嵌牛导读Linux进程间套接字通信基础
嵌牛鼻子Linux 进程间套接字及通信介绍
嵌牛提问Linux进程间套接字包含哪些内容，如何实现通信
一、套接字（Socket）通信原理

套接字通信允许互联的位于不同计算机上的进程之间实现通信功能。
二、套接字的属性

套接字的特性由3个属性确定，它们分别是：域、类型和协议。
1 套接字的域

它指定套接字通信中使用的网络介质，最常见的套接字域是AF_INET，它指的是Internet网络。当客户使用套接字进行跨网络的连接时，它就需要用到服务器计算机的IP地址和端口来指定一台联网机器上的某个特定服务，所以在使用socket作为通信的终点，服务器应用程序必须在开始通信之前绑定一个端口，服务器在指定的端口等待客户的连接。

另一个域AF_UNIX表示UNIX文件系统，就是文件输入/输出，它的地址就是文件名。
2 套接字类型

因特网提供了两种通信机制：流（stream）和数据报（datagram），因而套接字的类型也就分为流套接字和数据报套接字。我们主要看流套接字。

流套接字由类型SOCK_STREAM指定，它们是在AF_INET域中通过TCP/IP连接实现，同时也是AF_UNIX中常用的套接字类型。

流套接字提供的是一个有序、可靠、双向字节流的连接，因此发送的数据可以确保不会丢失、重复或乱序到达，而且它还有一定的出错后重新发送的机制。

与流套接字相对的是由类型SOCK_DGRAM指定的数据报套接字，它不需要建立连接和维持一个连接，它们在AF_INET中通常是通过UDP/IP实现的。它对可以发送的数据的长度有限制，数据报作为一个单独的网络消息被传输，它可能丢失、复制或错乱到达，UDP不是一个可靠的协议，但是它的速度比较高，因为它并不需要总是要建立和维持一个连接。
3套接字协议

只要底层的传输机制允许不止一个协议来提供要求的套接字类型，我们就可以为套接字选择一个特定的协议。通常只需要使用默认值。
三、套接字地址

每个套接字都有其自己的地址格式，对于AF_UNIX域套接字来说，它的地址由结构sockaddr_un来描述，该结构定义在头文件

struct sockaddr_un{

sa_family_t sun_family;  //AF_UNIX，它是一个短整型

char sum_path[];  //路径名

};

对于AF_INET域套接字来说，它的地址结构由sockaddr_in来描述，它至少包括以下几个成员：

struct sockaddr_in{

short int sin_family;  //AN_INET

unsigned short int sin_port;  //端口号

struct in_addr sin_addr;    //IP地址

}

而in_addr被定义为：

struct in_addr{

unsigned long int s_addr;

}

四、基于流套接字的客户/服务器的工作流程

使用socket进行进程通信的进程采用的客户/服务器系统是如何工作的呢？

1服务器端

首先，服务器应用程序用系统调用socket来创建一个套接字，它是系统分配给该服务器进程的类似文件描述符的资源，它不能与其他的进程共享。

接下来，服务器进程会给套接字起个名字，我们使用系统调用bind来给套接字命名。然后服务器进程就开始等待客户连接到这个套接字。

然后，系统调用listen来创建一个队列，并将其用于存放来自客户的进入连接。

最后，服务器通过系统调用accept来接受客户的连接。它会创建一个与原有的命名套接不同的新套接字，这个套接字只用于与这个特定客户端进行通信，而命名套接字（即原先的套接字）则被保留下来继续处理来自其他客户的连接。
2客户端

基于socket的客户端比服务器端简单。同样，客户应用程序首先调用socket来创建一个未命名的套接字，然后讲服务器的命名套接字作为一个地址来调用connect与服务器建立连接。

一旦连接建立，我们就可以像使用底层的文件描述符那样用套接字来实现双向数据的通信。

串口服务器提供串口转网络功能，能够将RS-232/485/422串口转换成TCP/IP网络接口，实现RS-232/485/422串口与TCP/IP网络接口的数据双向透明传输。使得串口设备能够立即具备TCP/IP网络接口功能，连接网络进行数据通信，极大的扩展串口设备的通信距离。

首先以太网通讯速率要远远高于串口，利用TCP或UDP方式进行连接，工作方式有两种
1，安装写好的驱动程序，在PC中模拟16个串口，不同的是你对这些串口进行 *** 作时，驱动程序会把你的（ *** 作+串口号）通过网络作发送到串口服务器，因为以太网速率高，一般还是采用UDP方式，比较节省资源，因为TCP是实时连接的。
2，直接编写以太网通讯程序，直接将数据发送给串口服务器，返回接收数据道理一样，采用 数据+串口号。
严格说第二种方案要优于第一中档案，因为少了一层系驱动，就像你说的串口API一样，第一种方案首先要调用API，API再调用驱动，驱动再通过网络发出去，多了很多环节。

104协议是101协议的网络版，101协议每次只能发送一个链路帧，而104协议可以连续发送多个链路帧，其传输效率明显高于101协议，而且具有TCP/IP的冲突检测和错误重传机制，具有比101协议更高的可靠性和稳定性，另外对通信延时的限制更宽松。

104协议使用的参考模型来源于开放式系统互联的ISO-OSI参考模型，但是它只是用其中的5层，实际上104协议是将101协议与TCP/IP提供的网络传输功能相组合，使得101协议在TCP/IP内各种网络类型都可使用。
104协议规定传输层使用TCP端口，使用的端口号是2404，对于基于TCP的应用程序来讲，存在两种工作模式，即服务器模式和客户机模式，其区别是：在建立TCP连接时，服务器从不主动发起连接请求，它一直处于侦听状态，当侦听到来自客户机的连接请求后，则接受此请求，由此建立一个TCP连接，服务器和客户机就可以通过这个虚拟的通信链路进行数据的收发。工作原理：
1、104协议以子站为服务端，主站为客户端。
2、主站应能自动判断、切换、处理来自网络和常规方式的数据信息，保证数据的唯一性。
3、在多客户访问的情况下，通过MAC地址和IP地址划分控制安全级别。如果服务端发现IP重复，应拒绝控制命令的执行
4、为保证网络方式运行的安全，稳定，可靠，在主站端应对以网络方式通信的分站按照单独站进行画面、数据库、报表的定义。

在不同的网络环境(带有摄像头/麦克风多媒体设备)中，为两个浏览器实现点对点实时视频/语音通信有什么困难

1、了解对方的媒体格式、支持的最大分辨率和其他媒体信息？

2、要了解彼此的网络，就有可能找到一条通信链路？

3、两个终端还没有建立连接时,如何交换“媒体信息”和“网络信息”呢
为了保证两端都有正确的编码和解码，最简单的方法就是取它们的交集H264

注:有一种特殊的协议叫做Session Description protocol (SDP)，可以用来描述上述信息 。

在webrtc中，参与视频通信的双方必须首先交换SDP信息，这样双方才能了解基本的SDP交换过程。
同样，在复杂的网络环境中，要在两端之间建立连接，必须有一个双方都可以访问的链路。
从图中可以看出，他们可以使用公用网段192沟通。

在web brtc通信过程中，这些与网络相关的信息也必须进行交换，以找到共同的交集。这个过程也被称为“网络协商”。
两个终端还没有建立连接时,如何交换“媒体信息”和“网络信息”呢

此时，所谓信号服务器信号服务器应该出现:
如上图所示,两个浏览器可以抽象的上层一层信令服务器(可以是一个或多个,根据实际的应用程序中,如果两个浏览器可以访问公共网络环境,如公共如果没有公共网络环境中,您可以设置一组服务器两端,即信号服务器A和信号服务器B，但这两套信令服务器必须能够相互通信)，在信令服务器的帮助下，可以实现上述SDP信息和网络信息的交换。
交换SDP的过程大致如图所示:
1 Amy(假设一个人的名字)通过setLocalDescription方法保存自己的SDP信息，然后通过offer方法发送给信令服务器。

2 信息服务器将Amy的SDP转发给另一端的Bob(另一个虚构的名字)，Bob将首先调用setremotedescription来保存Amy的SDP。

3然后Bob调用setLocalDescription方法来保存他的SDP，然后使用answer方法通过信令服务器将他的SDP发送给Amy

4 Amy收到Bob的SDP后，调用setRemoteDescription进行保存，双方完成SDP交换，找到交集。如果他们能达成协议，他们就可以建立一个p2p连接并开始通信。
但现实往往是残酷的。在中国的网络环境下，据统计，至少有一半的网络不能直接连接。我个人认为根本原因是:在互联网发展的早期，绝大多数IP4地址资源都被国外所占据。当轮到中国等发展中国家使用IP地址时，大多数计算机没有公网IP地址，只能通过路由器和交换机进行NAT转换，相当一部分NAT是对称的。基本上，没有办法播放它。在这种情况下，您只能使用前一节提到的转向服务器进行转移。此外，在视频对话框中，通常会有房间(或组)的概念，用来隔离一些服务。这部分逻辑也在信号服务器中实现。对端、信令服务器、stun/转接服务器后，整个1对1实时视频通信顺序图如下:
主要流程如下:

1 双方首先调用getUserMedia打开本地摄像头

2 向信令服务器发送apply_join请求以加入房间

3信令服务器通知我成功加入(joined)，同时向其他人广播加入消息(other_joined)

4 第二个端开始创建peerConnection连接

5 PeerB创建报价，同时将SDP保存到本地机器(setLocalDescription)，并通过信令服务器将SDP传递给peerA

6 在setLocalDescription之后，PeerB将异步触发“候选网络链接”的集合，这大致决定了它自己所有的NAT映射通过Stun退出。如果Stun返回的NAT是“对称的”，它将基本上无法穿透。再次通过Turn得到中继应答地址，并通过信令服务器将网络候选链接信息发送给peerA(即:启动网络协商)

7 peerA收到peerB的SDP后，开始响应(createAnswer)，仍然通过信令服务器将SDP发送给peerB

8 同时，peerA也会开始收集网络候选链路，并通过信令服务器(即网络协商)将自己的网络信息发送给peerB。

通过这种方式，peerA和peerB相互交换了媒体信息和网络信息。如果他们能达成一致(即找到交叉点)，他们就能开始沟通。

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