socket 到底是什么？
这张图表达的是网络编程中，客户端和服务器工作的核心逻辑。
先从右侧的服务器开始，客户端发起连接请求前，服务器必须初始化。右侧的图显示的是服务器端初始化的过程，首先初始化 socket，之后服务器需要执行 bind 函数，将服务能力绑定在一个众所周知的地址和端口上，紧接着服务器执行 listen 操作，将原先的 socket 转化为服务端的 socket，服务端最后阻塞在 accept 上等待客户端请求的到来。
此时服务器准备就绪。客户端需要先初始化 socket，再执行 connect 向服务器的地址和端口发起连接请求。
三次握手完成，客户端和服务器端建立连接，就进入了数据传输过程。
客户端进程向OS内核发起 write 字节流写操作，内核协议栈将字节流通过网络设备传输到服务器，服务器从内核得到信息，将字节流从内核读入到进程中，并开始业务逻辑的处理，完成后服务器再将得到的结果以同样的方式写给客户端。可以看到，一旦连接建立，数据的传输就不再是单向的，而是双向的，这也是 TCP 的一个显著特性。
当客户端完成和服务器的交互后，需要和服务器断开连接时就会执行 close 函数，OS内核此时会通过原先的连接链路向服务器端发送一个 FIN 包，服务器收到后执行被动关闭，这时候整个链路处于半关闭状态，此后，服务器也会执行 close 函数，整个链路才会真正关闭。半关闭的状态下，发起 close 请求的一方在没有收到对方 FIN 包之前都认为连接是正常的；而在全关闭的状态下，双方都感知连接已经关闭。
请注意，以上所有的操作，都是通过 socket 来完成的。无论是客户端的 connect，还是服务端的 accept，或者 read/write 操作等，socket 是我们用来建立连接，传输数据的唯一途径。
套接字地址格式
在使用套接字时，首先要解决通信双方寻址的问题。我们需要套接字的地址建立连接。接下来，我们重点讨论套接字的地址格式。
通用套接字地址格式
下面先看一下套接字的通用地址结构：
/* POSIX.1g 规范规定了地址族为 2 字节的值. */
typedef unsigned short int sa_family_t;
/* 描述通用套接字地址 */
struct sockaddr{
sa_family_t sa_family; /* 地址族. 16-bit*/
char sa_data[14]; /* 具体的地址值 112-bit */
};
第一个字段是地址族，表示使用什么样的方式对地址进行解释和保存，好比电话簿里的手机格式，或者是固话格式，这两种格式的长度和含义都是不同的。地址族在 glibc 里的定义非常多，常用的有以下几种：
- AF_LOCAL：表示的是本地地址，对应的是 Unix 套接字，这种情况一般用于本地 socket 通信，很多情况下也可以写成 AF_UNIX、AF_FILE；
- AF_INET：因特网使用的 IPv4 地址；
- AF_INET6：因特网使用的 IPv6 地址。
AF_ 表示的含义是 Address Family，很多情况下我们也会看到以 PF_ 表示的宏，比如 PF_INET、PF_INET6 等，实际上 PF_ 的意思是 Protocol Family，即协议族的意思。用 AF_xxx 这样的值来初始化 socket 地址，用 PF_xxx 这样的值来初始化 socket。在 <sys/socket.h> 头文件中可以清晰地看到，这两个值本身就是一一对应的。
/* 各种地址族的宏定义 */
#define AF_UNSPEC PF_UNSPEC
#define AF_LOCAL PF_LOCAL
#define AF_UNIX PF_UNIX
#define AF_FILE PF_FILE
#define AF_INET PF_INET
#define AF_AX25 PF_AX25
#define AF_IPX PF_IPX
#define AF_APPLETALK PF_APPLETALK
#define AF_NETROM PF_NETROM
#define AF_BRIDGE PF_BRIDGE
#define AF_ATMPVC PF_ATMPVC
#define AF_X25 PF_X25
#define AF_INET6 PF_INET6
sockaddr 是一个通用的地址结构，通用的意思是适用于多种地址族。为什么定义这么一个通用地址结构呢，这个放在后面讲。
IPv4 套接字格式地址
接下来，看一下常用的 IPv4 地址族的结构：
/* IPV4 套接字地址，32bit 值. */
typedef uint32_t in_addr_t;
struct in_addr
{
in_addr_t s_addr;
};
/* 描述 IPV4 的套接字地址格式 */
struct sockaddr_in
{
sa_family_t sin_family; /* 16-bit */
in_port_t sin_port; /* 端口口 16-bit*/
struct in_addr sin_addr; /* Internet address. 32-bit */
/* 这里仅仅用作占位符，不做实际用处 */
unsigned char sin_zero[8];
};
可以发现和 sockaddr 一样，都有一个 16-bit 的 sin_family 字段，对于 IPv4 来说这个值就是 AF_INET。
接下来是端口号，最多是 16bit，即最大支持 2 的 16 次方，65536，。所谓保留端口就是大家约定俗成的，已经被对应服务广为使用的端口，比如 ftp 的 21 端口，ssh 的 22 端口，http 的 80 端口等。一般而言，大于 5000 的端口可以作为我们自己应用程序的端口使用。
下面是 glibc 定义的保留端口。
/* Standard well-known ports. */
enum
{
IPPORT_ECHO = 7, /* Echo service. */
IPPORT_DISCARD = 9, /* Discard transmissions service. */
IPPORT_SYSTAT = 11, /* System status service. */
IPPORT_DAYTIME = 13, /* Time of day service. */
IPPORT_NETSTAT = 15, /* Network status service. */
IPPORT_FTP = 21, /* File Transfer Protocol. */
IPPORT_TELNET = 23, /* Telnet protocol. */
IPPORT_SMTP = 25, /* Simple Mail Transfer Protocol. */
IPPORT_TIMESERVER = 37, /* Timeserver service. */
IPPORT_NAMESERVER = 42, /* Domain Name Service. */
IPPORT_WHOIS = 43, /* Internet Whois service. */
IPPORT_MTP = 57,
IPPORT_TFTP = 69, /* Trivial File Transfer Protocol. */
IPPORT_RJE = 77,
IPPORT_FINGER = 79, /* Finger service. */
IPPORT_TTYLINK = 87,
IPPORT_SUPDUP = 95, /* SUPDUP protocol. */
IPPORT_EXECSERVER = 512, /* execd service. */
IPPORT_LOGINSERVER = 513, /* rlogind service. */
IPPORT_CMDSERVER = 514,
IPPORT_EFSSERVER = 520,
/* UDP ports. */
IPPORT_BIFFUDP = 512,
IPPORT_WHOSERVER = 513,
IPPORT_ROUTESERVER = 520,
/* Ports less than this value are reserved for privileged processes. */
IPPORT_RESERVED = 1024,
/* Ports greater this value are reserved for (non-privileged) servers. */
IPPORT_USERRESERVED = 5000
IPv4 地址是一个 32-bit 的字段，最多支持的地址数就是 2 的 32 次方，大约 42 亿，应该说这个数字在设计之初还是非常巨大的，无奈互联网蓬勃发展，接入的设备越来越多，这个数字渐渐不太够用了，于是IPv6 就隆重登场了。
IPv6 套接字地址格式
struct sockaddr_in6
{
sa_family_t sin6_family; /* 16-bit */
in_port_t sin6_port; /* 传输端口号 # 16-bit */
uint32_t sin6_flowinfo; /* IPv6 流控信息 32-bit*/
struct in6_addr sin6_addr; /* IPv6 地址 128-bit */
uint32_t sin6_scope_id; /* IPv6 域 ID 32-bit */
};
整个结构体长度是 28 个字节，其中流控信息和域 IP 先不用管，这两个字段，一个在 glibc 的官网上根本没出现，另一个是当前未使用的字段。这里的地址族显然应该是 AF_INET6，端口同 IPv4 地址一样，关键的地址从 32 位升级到 128 位，这个数字就大到恐怖了，完全解决了寻址数字不够的问题。
请注意，以上无论 IPv4 还是 IPv6 的地址格式都是因特网套接字的格式，还有一种本地套接字格式，用来做为本地进程间的通信， 也就是前面提到的 AF_LOCAL。
struct sockaddr_un {
unsigned short sun_family; /* 固定为 AF_LOCAL */
char sun_path[108]; /* 路径名 */
};
几种套接字地址格式比较
这几种地址的比较见下图，IPv4 和 IPv6 套接字地址结构的长度是固定的，而本地地址结构的长度是可变的。
