Socket 是什么
一个数据包经由应用程序产生，进入到协议栈中进行各种报文头的包装，然后操作系统调用网卡驱动程序指挥硬件，把数据发送到对端主机。
我们大家知道，协议栈其实是位于操作系统中的一些协议的堆叠，这些协议包括 TCP、UDP、ARP、ICMP、IP等。
通常某个协议的设计都是为了解决特定问题的，比如：
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1）TCP 的设计就负责安全可靠的传输数据；
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2）UDP 设计就是报文小，传输效率高；
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3）ARP 的设计是能够通过 IP 地址查询物理（Mac）地址；
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4）ICMP 的设计目的是返回错误报文给主机；
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5）IP 设计的目的是为了实现大规模主机的互联互通。
应用程序比如浏览器、电子邮件、文件传输服务器等产生的数据，会通过传输层协议进行传输。而应用程序是不会和传输层直接建立联系的，而是有一个能够连接应用层和传输层之间的套件，这个套件就是 Socket。
应用程序的下面：就是操作系统内部，操作系统内部包括协议栈，协议栈是一系列协议的堆叠。
操作系统下面：就是网卡驱动程序，网卡驱动程序负责控制网卡硬件，驱动程序驱动网卡硬件完成收发工作。
在操作系统内部有一块用于存放控制信息的存储空间，这块存储空间记录了用于控制通信的控制信息。其实这些控制信息就是 Socket 的实体，或者说存放控制信息的内存空间就是Socket的实体。
这里大家有可能不太清楚所以然，所以我用了一下 netstat 命令来给大伙看一下Socket是啥玩意。
我们在 Windows 的命令提示符中输入：
netstat-ano
# netstat 用于显示Socket内容 , -ano 是可选选项
# a 不仅显示正在通信的Socket，还显示包括尚未开始通信等状态的所有Socket
# n 显示 IP 地址和端口号
# o 显示Socket的程序 PID
所以，一个Socket就是五元组：
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1）协议；
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2）本地地址；
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3）外部地址；
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4）状态；
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5）PID。
PS：有的时候也被叫做四元组，四元组不包括协议。
1）它的协议就是 TCP，本地地址和远程地址都是 0.0.0.0（这表示通信还没有开始，IP 地址暂时还未确定）。
2）而本地端口已知是 135，但是远程端口还未知，此时的状态是 LISTENING（LISTENING 表示应用程序已经打开，正在等待与远程主机建立连接。
3）最后一个元组是 PID，即进程标识符，PID 就像我们的身份证号码，能够精确定位唯一的进程。
3、Socket 是如何创建的
通过上节的讲解，现在你可能对 Socket 有了一个基本的认识，先喝口水，休息一下，让我们继续探究 Socket。
现在我有个问题，Socket 是如何创建的呢？
Socket 是和应用程序一起创建的。
应用程序中有一个 socket 组件，在应用程序启动时，会调用 socket 申请创建Socket，协议栈会根据应用程序的申请创建Socket：首先分配一个Socket所需的内存空间，这一步相当于是为控制信息准备一个容器，但只有容器并没有实际作用，所以你还需要向容器中放入控制信息；如果你不申请创建Socket所需要的内存空间，你创建的控制信息也没有地方存放，所以分配内存空间，放入控制信息缺一不可。至此Socket的创建就已经完成了。
Socket创建完成后，会返回一个Socket描述符给应用程序，这个描述符相当于是区分不同Socket的号码牌。根据这个描述符，应用程序在委托协议栈收发数据时就需要提供这个描述符。
4、Socket 是如何连接的
Socket创建完成后，最终还是为数据收发服务的。但是，在数据收发之前，还需要进行一步“连接”（术语就是 connect），建立连接有一整套过程。
这个“连接”并不是真实的连接（用一根水管插在两个电脑之间？不是你想的这样。。。）。
实际上这个“连接”是应用程序通过 TCP/IP 协议标准从一个主机通过网络介质传输到另一个主机的过程。
Socket刚刚创建完成后，还没有数据，也不知道通信对象。
在这种状态下：即使你让客户端应用程序委托协议栈发送数据，它也不知道发送到哪里。所以浏览器需要根据网址来查询服务器的 IP 地址（做这项工作的协议是 DNS），查询到目标主机后，再把目标主机的 IP 告诉协议栈。至此，客户端这边就准备好了。
在服务器上：与客户端一样也需要创建Socket，但是同样的它也不知道通信对象是谁，所以我们需要让客户端向服务器告知客户端的必要信息：IP 地址和端口号。
现在通信双方建立连接的必要信息已经具备，可以开始“连接”过程了。
首先：客户端应用程序需要调用 Socket 库中的 connect 方法，提供 socket 描述符和服务器 IP 地址、端口号。即时通讯开发
以下是connect的伪码调用：
connect(<描述符>、<服务器IP地址和端口号>)
这些信息会传递给协议栈中的 TCP 模块，TCP 模块会对请求报文进行封装，再传递给 IP 模块，进行 IP 报文头的封装，然后传递给物理层，进行帧头封装。
之后通过网络介质传递给服务器，服务器上会对帧头、IP 模块、TCP 模块的报文头进行解析，从而找到对应的Socket。
Socket收到请求后，会写入相应的信息，并且把状态改为正在连接。
在一个完整的请求和响应过程中，控制信息起到非常关键的作用：
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1）SYN 就是同步的缩写，客户端会首先发送 SYN 数据包，请求服务端建立连接；
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2）ACK 就是相应的意思，它是对发送 SYN 数据包的响应；
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3）FIN 是终止的意思，它表示客户端/服务器想要终止连接。
由于网络环境的复杂多变，经常会存在数据包丢失的情况，所以双方通信时需要相互确认对方的数据包是否已经到达，而判断的标准就是 ACK 的值。
当所有建立连接的报文都能够正常收发之后，此时套接字就已经进入可收发状态了，此时可以认为用一根管理把两个套接字连接了起来。当然，实际上并不存在这个管子。建立连接之后，协议栈的连接操作就结束了，也就是说 connect 已经执行完毕，控制流程被交回给应用程序。
5、Socket 是如何收发数据的
当控制流程上节中的连接过程回到应用程序之后，接下来就会直接进入数据收发阶段。
数据收发操作是从应用程序调用 write 将要发送的数据交给协议栈开始的，协议栈收到数据之后执行发送操作。
协议栈不会关心应用程序传输过来的是什么数据，因为这些数据最终都会转换为二进制序列，协议栈在收到数据之后并不会马上把数据发送出去，而是会将数据放在发送缓冲区，再等待应用程序发送下一条数据。
为什么收到数据包不会直接发送出去，而是放在缓冲区中呢？
因为只要一旦收到数据就会发送，就有可能发送大量的小数据包，导致网络效率下降（所以协议栈需要将数据积攒到一定数量才能将其发送出去）。
至于协议栈会向缓冲区放多少数据，这个不同版本和种类的操作系统有不同的说法。
不过，所有的操作系统都会遵循下面这几个标准：
1）第一个判断要素：是每个网络包能够容纳的数据长度，判断的标准是 MTU，它表示的是一个网络包的最大长度。最大长度包含头部，所以如果单论数据区的话，就会用 MTU - 包头长度，由此的出来的最大数据长度被称为 MSS。
2）另一个判断标准：是时间，当应用程序产生的数据比较少，协议栈向缓冲区放置数据效率不高时，如果每次都等到 MSS 再发送的话，可能因为等待时间太长造成延迟。在这种情况下，即使数据长度没有到达 MSS，也应该把数据发送出去。
但协议栈并没有告诉我们怎样平衡这两个因素，如果数据长度优先，那么效率有可能比较低；如果时间优先，那又会降低网络的效率。
假设我们使用的是长度有限法则：此时缓冲区已满，协议栈要发送数据了，协议栈刚要把数据发送出去，却发现无法一次性传输这么大数据量（相对的）的数据，那怎么办呢？
在这种情况下，发送缓冲区中的数据就会超过 MSS 的长度，发送缓冲区中的数据会以 MSS 大小为一个数据包进行拆分，拆分出来的每块数据都会加上 TCP，IP，以太网头部，然后被放进单独的网络包中。
到现在，网络包已经准备好发往服务器了，但是数据发送操作还没有结束，因为服务器还未确认是否已经收到网络包。因此在客户端发送数据包之后，还需要服务器进行确认。
TCP 模块在拆分数据时，会计算出网络包偏移量，这个偏移量就是相对于数据从头开始计算的第几个字节，并将算好的字节数写在 TCP 头部，TCP 模块还会生成一个网络包的序号（SYN），这个序号是唯一的，这个序号就是用来让服务器进行确认的。
服务器会对客户端发送过来的数据包进行确认，确认无误之后，服务器会生成一个序号和确认号（ACK）并一起发送给客户端，客户端确认之后再发送确认号给服务器。