Question

张大胖研究 TCP/IP 已经有段时间了。

他终于明白了所谓 IP 层就是把数据分组从一个主机跨越千山万水搬运到另外一主机， 并且这搬运服务一点都不可靠， 丢包、重复、失序可以说是家常便饭， 怪不得说是“尽力而为”， 基本上无所作为。

脏活累活只好让 TCP 来做了， 在两个主机的应用（进程）之间通过失败重传来实现可靠性的传输。

张大胖经常感慨：这建立一个 TCP 连接可是相当的复杂， 我的程序得先和远端的服务器打个招呼， 然后它再给我打个招呼确认， 我还得再给它确认下。 这还不算完， 我们的招呼中还得各自带上各自的序号， 这将来传输真正的数据时用到。

具体的传输就更麻烦了， 什么滑动窗口，什么累积确认、分组缓存、流量控制， 简直不是人做的事情。

到了断开连接的时候， 还得考虑友好分手！

可是领导竟然让张大胖用这个超级复杂的 TCP 协议来编程， 来设计一个客户端和服务器端的通信系统。

张大胖掂量了下自己， 觉得肯定搞不定， 于是赶紧向自己的好基友，编程大神 Bill 求救， Bill 在电话里说： “这很简单啊，你去看看 TCP/IP 协议的 RFC, 然后用 C 语言编程实现不就行了吗。”

张大胖心想这等于啥也没说， 继续“跪求” 。 Bill 终于说：“等着吧， 我下周给你”

Socket 周一， Bill 果然带着 7、8 张软盘来找张大胖了， 把软盘的程序分别 Copy 到了两个电脑里， 一个模拟客户端， 一个模拟服务器。 很快程序运行起来了， 两个电脑可以通过 TCP 通信了。

张大胖说： “大神， 你是怎么做到的？”

Bill 说：“TCP 协议的确很复杂， 我们不能要求每个程序员都去实现建立连接的 3 次握手， 累积确认，分组缓存， 这些应该是属于操作系统内核的部分， 没必要重复开发， 但是对于应用程序来讲， 操作系统需要抽象出一个概念， 让上层应用去编程 。 “

“什么概念？”

“socket”

”为啥叫 socket? “

"一个比喻而已， 就像插座一样， 一个插头插进插座， 建立了连接。 不过我设计这个 socket 可以理解为 (客户端 IP, 客户端 Port, 服务器端 IP, 服务器端 Port) ， 对了， Port 就是端口， 通俗点讲就是一个数字而已"

“好像不用 port 就可以吧， 因为我们这是两个机器之间的通信， IP 是不是就够了？”

Bill 说：“看来你忘了， TCP 是两个进程之间的通信， 客户端上可以有很多进程同时访问多个服务器， 服务器上也有多个进程对外提供服务， 肯定要区分开啊”

张大胖不好意思的说： “原来端口号就是用来区分进程的， 这样 IP 层发过来的数据包， 到达 TCP 层以后就可以分发给各个应用程序了。 ”

“对的， 这叫多路复用。 一般来说， 服务器端都是被动访问的， 所以大家需要知道它提供服务的端口号， 要不然怎么连接？ 例如 80， 443 等， 就是所谓知名端口号； 而客户端访问服务器的时候，自己的端口号可以随机生成一个， 只要不和别的应用冲突即可。”

张大胖说： “果然是复杂多了， listenfd ,从名称看就是为了要监听而创建的 socket 描述符吧， bind 是干嘛？ 嗯， 我猜是为了声明说我要占用这个端口了啊， 你们都别用了， listen 函数才是真正开始监听了。

慢着，我赛， 接下来是个死循环啊， 啊对对，服务器端一直提供服务， 永不停歇。 可是这个 accept 是干嘛， 为什么使用了 listenfd , 然后返回了一个新的 connfd ???”

Bill 满意的说： “不错，思考就有进步， 可是你忘了我刚说的东西了， 服务器要区分开各个客户端， 怎么区分呢？ 那只有用一个新的 socket 来表示喽， 你看后面的操作都是基于 connfd 来做的。 还有 这个 accept 相当于和客户端的 connect 一起完成了 TCP 的三次握手 ！ 至于之前的 listenfd ， 它只起到一个大门的作用了， 意思是说，欢迎敲门， 进门之后我将为你生成一个独一无二的 socket 描述符！ ”

张大胖说：“唉， 这底层做了这么多工作啊， 看来 socket 必须得通过 (客户端 IP, 客户端 Port, 服务器端 IP, 服务器端 Port) 来确定”

“其实这个四元组还不太准确， 因为咱们说了半天，都是 TCP 协议的 socket, 因为你们领导只要你实现这一个， 你看过 UDP 没有？ 就是那个无连接的运输层协议， 也有 socket, 所以更准确的定义的话，还得加上协议这一项， 变成五元组 (协议， 客户端 IP, 客户端 Port, 服务器端 IP, 服务器端 Port) ”

“大神，咱们什么时候讲讲 UDP 的 socket ? ”

"下次再说吧！"

题外话： 文中提到的 Bill 是向 Bill Joy 致敬， 这是一个天才程序员，主要工作包括 BSD Unix 操作系统， 实现 TCP/IP 协议栈， vi 编辑器，c shell ， NFC, SPARC 处理器，jini 等。

当年 DARPA（美国国防部先进研究项目局）和一个叫做 BBN 的公司签署了一个合同，要把 TCP/IP 协议加入到 Berkeley Unix 当中， 当研究生 Bill Joy 看到 BBN 写的 TCP/IP 实现时， 觉得非常差劲，拒绝把它加入内核， 后来干脆卷起袖子自己实现了一个高性能的 TCP/IP 栈， 这个协议栈至今是互联网的基石。

别人问他是怎么实现这么复杂的软件的， 这位大神说： “很简单啊， 你只需要看看协议， 然后把代码写出来就行了”