Socket基礎(chǔ)知識(shí)有哪些

本篇文章給大家分享的是有關(guān)Socket基礎(chǔ)知識(shí)有哪些，小編覺得挺實(shí)用的，因此分享給大家學(xué)習(xí)，希望大家閱讀完這篇文章后可以有所收獲，話不多說，跟著小編一起來看看吧。

如何一步步掌握Socket相關(guān)的知識(shí)。

什么是Socket？

大家都用電腦上網(wǎng)，當(dāng)我們?cè)L問運(yùn)維社區(qū)https://www.unixhot.com的時(shí)候，我們的電腦和運(yùn)維社區(qū)的服務(wù)器就會(huì)創(chuàng)建一條Socket，我們稱之為網(wǎng)絡(luò)套接字。那么既然是網(wǎng)絡(luò)通信，肯定是成對(duì)的。至少有一個(gè)客戶端和服務(wù)端，我們稱之為套接字對(duì)。

一個(gè)套接字對(duì)（socket pair）是一個(gè)定義該網(wǎng)絡(luò)連接的兩個(gè)端點(diǎn)的五元組，包括：

1. 源IP地址

2. 源端口

3. 目的IP地址

4. 目的端口

5. 類型：TCP or UDP

那么針對(duì)于HTTP請(qǐng)求來說，我們知道底層是建立了一條TCP的Socket，那么TCP的套接字對(duì)就是一個(gè)四元組，因?yàn)閰f(xié)議已經(jīng)確定了：

1.源IP地址、2.源端口、3.目的IP地址、4.目的端口。

客戶端的隨機(jī)端口

為了更直觀的認(rèn)識(shí)這個(gè)TCP Socket，我們做一個(gè)小實(shí)驗(yàn)，我這里準(zhǔn)備了兩臺(tái)服務(wù)器：

   當(dāng)客戶端192.168.56.11訪問192.168.56.12的9999端口的時(shí)候，那么會(huì)選擇一個(gè)隨機(jī)端口來進(jìn)行通信，那么這個(gè)隨機(jī)端口，到底是從什么范圍隨機(jī)出來了呢，端口總有一個(gè)范圍不可能無窮多的。

    那么對(duì)于TCP套接字來說客戶端的一個(gè)IP地址，到底能有多少個(gè)端口呢？由于TCP協(xié)議頭部使用16位來保存端口號(hào)，所以端口的個(gè)數(shù)最多為65536個(gè)，2^16=65536。

沒錯(cuò)，是65536個(gè)。但是為什么我們經(jīng)?？吹骄W(wǎng)上說可用端口最大65535個(gè)呢，也就是2^16-1個(gè)。因?yàn)槎丝谔?hào)是從0開始算的，0-65535那就是65536個(gè)。而0端口是保留端口，無論是TCP還是UDP都是不用使用的，當(dāng)然這個(gè)是標(biāo)準(zhǔn)，那到底能不能監(jiān)聽端口0呢，下面我用一個(gè)python腳本，監(jiān)聽本地的端口0來試試。

[root@test ~]# catbind_port_zero.py

#!/usr/bin/env python

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

'''本腳本監(jiān)聽本地的127.0.0.1的端口0，

探索端口0的奧秘'''

import socket

def bind_port_zero():

    ss = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)

    ss.bind(('127.0.0.0', 0))

    addr, port = ss.getsockname()

    ss.close()

    print(addr, port)

bind_port_zero()

執(zhí)行腳本，看看到底能不能正常監(jiān)聽：

[root@test ~]# pythonbind_port_zero.py

('127.0.0.0', 53692)

[root@test ~]# pythonbind_port_zero.py

('127.0.0.0', 59444)

可以發(fā)現(xiàn)，可以正常監(jiān)聽，但是呢并沒有監(jiān)聽到端口0。實(shí)驗(yàn)證明在Linux下如果在bind的時(shí)候指定端口0，那么由系統(tǒng)隨機(jī)選擇一個(gè)可用端口來bind。

好的，我們現(xiàn)在知道了端口的范圍0-65535，那么作為客戶端訪問其它服務(wù)端的時(shí)候，能用多少呢？并不是這個(gè)范圍都可以用的。那么在Linux下我們可以這么獲取本地的隨機(jī)端口范圍：

[root@test ~]# cat/proc/sys/net/ipv4/ip_local_port_range

32768     61000

    不要驚訝答案確實(shí)是32768到61000，現(xiàn)在你應(yīng)該明白，別人說的發(fā)10萬并發(fā)進(jìn)行壓力測(cè)試代表什么意思了吧。至少默認(rèn)情況下是無法實(shí)現(xiàn)的，讀完這句話，是否有啟發(fā)呢？并不是不能實(shí)現(xiàn)哦。

瓶頸真的只有隨機(jī)端口范圍嗎？

剛才我們也看了，我們?cè)L問其它服務(wù)器，作為客戶端，我們要使用一個(gè)隨機(jī)端口，32768-61000，貌似也不少，當(dāng)然你還可以修改它，擴(kuò)大隨機(jī)端口范圍。例如我們使用Nginx做反向代理負(fù)載均衡的時(shí)候，用戶端和Nginx建立Socket進(jìn)行通信，Nginx還需要和后端真實(shí)服務(wù)器也建立Socket進(jìn)行通信，在高并發(fā)的場(chǎng)景下，這個(gè)隨機(jī)端口肯定是一個(gè)瓶頸。但是真的只有隨機(jī)端口范圍是瓶頸嗎？下面我們使用ab命令來對(duì)百度進(jìn)行一次壓力測(cè)試。

ab是Apache的性能測(cè)試工具，可以模擬并發(fā)進(jìn)行Web性能測(cè)試。在CenotOS下，你可以這樣來安裝:

[root@test ~]# yuminstall -y httpd-devel

按照咱們之前的認(rèn)識(shí)，隨機(jī)端口61000-32768=28232，那么我實(shí)驗(yàn)的機(jī)器是一臺(tái)剛安裝的系統(tǒng)，沒有什么網(wǎng)絡(luò)傳輸，即便有，我們創(chuàng)建2萬個(gè)套接字對(duì)應(yīng)該是沒問題吧。事實(shí)真的如此嗎？我們用實(shí)驗(yàn)來證明：

我們模擬發(fā)送2萬個(gè)請(qǐng)求，2000的并發(fā)來測(cè)試百度：

[root@test ~]#ab -n 10000 -c 2000 https://www.baidu.com/

This isApacheBench, Version 2.3 <$Revision: 1430300 $>

Copyright 1996Adam Twiss, Zeus Technology Ltd, http://www.zeustech.net/

Licensed to TheApache Software Foundation, http://www.apache.org/

Benchmarkingwww.baidu.com (be patient)

socket: Toomany open files (24)

這不可能，為什么報(bào)錯(cuò)了？不要擔(dān)心，報(bào)錯(cuò)我們很容易看懂了socket: Too many open files (24)

，不能打開太多的文件。我們使用ulimit來看看系統(tǒng)資源限制。

[root@test ~]# ulimit -a

core file size          (blocks, -c) 0

data seg size           (kbytes, -d) unlimited

scheduling priority             (-e) 0

file size               (blocks, -f) unlimited

pending signals                 (-i) 31219

max locked memory       (kbytes, -l) 64

max memory size         (kbytes, -m) unlimited

open files                      (-n) 1024

(省略部分輸出)

沒錯(cuò)，默認(rèn)情況下，當(dāng)前用戶能夠打開的文件數(shù)量最大是1024，但是這個(gè)和我們使用ab測(cè)試有什么關(guān)系呢？ab測(cè)試創(chuàng)建的不是socket嗎？如果你不理解，那就要回歸本質(zhì)，想想我們剛剛學(xué)習(xí)Linux的時(shí)候，經(jīng)常聽到的一句Linux的思想“一切皆文件”！誰說socket不是一個(gè)文件呢？

我相信你知道怎么做了，你可以使用ulimit –n來修改當(dāng)前用戶、當(dāng)前session的限制，也可以修改配置文件/etc/security/limits.conf來徹底解決這個(gè)問題，這也是進(jìn)行系統(tǒng)性能調(diào)優(yōu)的必備基礎(chǔ)。

創(chuàng)建一條TCP Socket

好的，剛才只是一個(gè)小插曲，我們繼續(xù)探索TCP Socket，光說不練是個(gè)棒槌。我們來創(chuàng)建一個(gè)套接字對(duì)看看：

服務(wù)端：

首先，我們?cè)?92.168.56.12上使用nc命令，來監(jiān)聽9999端口。

[root@192.168.56.12 ~]#nc -l -4 -p 9999 -k

[root@192.168.56.12 ~]#netstat -ntlp | grep 9999

tcp        0     0 0.0.0.0:9999     0.0.0.0:*      LISTEN     26789/n

客戶端：

在客戶端，同樣使用nc命令來連接到服務(wù)端的9999端口。

[root@192.168.56.11 ~]#nc 192.168.56.12 9999

好的，現(xiàn)在你可以在客戶端上輸入任何的語言和服務(wù)端愉快的聊天了?不過這不是重點(diǎn)。

查看Socket

我們先來看看客戶端的TCPSocket。

[root@192.168.56.11 ~]#netstat -na | grep 9999

tcp    0     0 192.168.56.11:11525    192.168.56.12:9999     ESTABLISHED

服務(wù)端的TCP Socket

[root@192.168.56.12 ~]#netstat -na | grep 9999

tcp    0     0 0.0.0.0:9999           0.0.0.0:*               LISTEN    

tcp    0     0 192.168.56.12:9999     192.168.56.11:11525    ESTABLISHED

我相信你已經(jīng)真正理解了Socket，剩下的就是無盡的想象，還記得TIME_WAIT嗎？如果有大量的TIME_WAIT存在，那么這個(gè)套接字對(duì)是不釋放的，不釋放也就代表著占用一個(gè)，資源嘛，占用一個(gè)就少一個(gè)。怎么優(yōu)化呢？且聽下回分解！

    不過，如果你真的理解了Socket的概念，你已經(jīng)有了一個(gè)終極解決方案。既然一個(gè)TCP Socket是一個(gè)四元組，那如果我這臺(tái)機(jī)器有多個(gè)IP地址呢？哈哈，這是一句畫龍點(diǎn)睛之語，你懂的！

使用偽終端發(fā)送數(shù)據(jù)

最后，留一個(gè)小彩蛋，除了使用nc進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送之外，其實(shí)Linux還提供了一種稱之為偽設(shè)備的方式，讓我們來體驗(yàn)下/dev下面的tcp偽設(shè)備。/dev下面提供了很多的偽設(shè)備，比如tcp就可以用來直接進(jìn)行遠(yuǎn)程端口的訪問。

[root@192.168.56.11 ~]# echo"886" > /dev/tcp/192.168.56.12/9999

趕緊看看服務(wù)端有沒有收到886。

以上就是Socket基礎(chǔ)知識(shí)有哪些，小編相信有部分知識(shí)點(diǎn)可能是我們?nèi)粘９ぷ鲿?huì)見到或用到的。希望你能通過這篇文章學(xué)到更多知識(shí)。更多詳情敬請(qǐng)關(guān)注億速云行業(yè)資訊頻道。