iOS socket网络编程（二）

网络七层协议

网络七层协议由下往上分别为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。其中物理层、数据链路层和网络层通常被称作媒体层，是网络工程师所研究的对象；传输层、会话层、表示层和应用层则被称作主机层，是用户所面向和关心的内容。
HTTP协议对应于应用层，TCP协议对应于传输层，IP协议对应于网络层，HTTP协议是基于TCP连接的,三者本质上没有可比性。 TCP/IP是传输层协议，主要解决数据如何在网络中传输；而HTTP是应用层协议，主要解决如何包装数据。Socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层，是它的一组接口。

网络七层协议

TCP/IP五层模型

TCP/IP五层模型的协议分为：应用层、传输层、网络层、数据链路层和物理层。中继器、集线器、还有我们通常说的双绞线也工作在物理层；网桥（现已很少使用）、以太网交换机（二层交换机）、网卡（其实网卡是一半工作在物理层、一半工作在数据链路层）在数据链路层；路由器、三层交换机在网络层；传输层主要是四层交换机、也有工作在四层的路由器。
TCP/IP协议中的应用层处理七层模型中的第五层、第六层和第七层的功能。TCP/IP协议中的传输层并不能总是保证在传输层可靠地传输数据包，而七层模型可以做到。TCP/IP协议还提供一项名为UDP（用户数据报协议）的选择。UDP不能保证可靠的数据包传输。

对应关系

TCP：面向连接、传输可靠(保证数据正确性,保证数据顺序)、用于传输大量数据(流模式)、速度慢，建立连接需要开销较多(时间，系统资源)。

UDP：面向非连接、传输不可靠、用于传输少量数据(数据包模式)、速度快。

TCP是一种流模式的协议，UDP是一种数据报模式的协议。
在传输数据时，可以只使用传输层（TCP/IP），但是那样的话，由于没有应用层，便无法识别数据内容，如果想要使传输的数据有意义，则必须使用应用层协议（HTTP、FTP、TELNET等），也可以自己定义应用层协议。
WEB使用HTTP作传输层协议，以封装HTTP文本信息，然后使用TCP/IP做传输层协议将它发送到网络上。Socket是对TCP/IP协议的封装，Socket本身并不是协议，而是一个调用接口（API），通过Socket，我们才能使用TCP/IP协议。

HTTP连接

HTTP协议即超文本传送协议(HypertextTransfer Protocol )，是Web联网的基础，也是手机联网常用的协议之一，HTTP协议是建立在TCP协议之上的一种应用。
HTTP连接最显著的特点是客户端发送的每次请求都需要服务器回送响应，在请求结束后，会主动释放连接。从建立连接到关闭连接的过程称为“一次连接”。因此HTTP连接是一种“短连接”，要保持客户端程序的在线状态，需要不断地向服务器发起连接请求。若服务器长时间无法收到客户端的请求，则认为客户端“下线”，若客户端长时间无法收到服务器的回复，则认为网络已经断开。在HTTP 1.0中，客户端的每次请求都要求建立一次单独的连接，在处理完本次请求后，就自动释放连接。在HTTP 1.1中则可以在一次连接中处理多个请求，并且多个请求可以重叠进行，不需要等待一个请求结束后再发送下一个请求。
HTTPS（Hyper Text Transfer Protocol over Secure Socket Layer），是以安全为目标的HTTP通道，是HTTP的安全版。 在HTTP下加入SSL层，HTTPS的安全基础是SSL，因此加密的详细内容就需要SSL。 HTTPS存在不同于HTTP的默认端口及一个加密/身份验证层（在HTTP与TCP之间）。HTTP协议以明文方式发送内容，不提供任何方式的数据加密，如果攻击者截取了Web浏览器和网站服务器之间的传输报文，就可以直接读懂其中的信息，因此HTTP协议不适合传输一些敏感信息。
https协议需要到ca申请证书；http是超文本传输协议，信息是明文传输，https 则是具有安全性的ssl加密传输协议；http和https使用的是完全不同的连接方式，用的端口也不一样，前者是80，后者是443；http的连接很简单，是无状态的，HTTPS协议是由SSL+HTTP协议构建的可进行加密传输、身份认证的网络协议。

HTTPS

Socket连接与HTTP连接的不同

通常情况下Socket连接就是TCP连接，因此Socket连接一旦建立，通信双方即可开始相互发送数据内容，直到双方连接断开。但在实际应用中，客户端到服务器之间的通信防火墙默认会关闭长时间处于非活跃状态的连接而导致 Socket 连接断连，因此需要通过轮询告诉网络，该连接处于活跃状态。

而HTTP连接使用的是“请求—响应”的方式，不仅在请求时需要先建立连接，而且需要客户端向服务器发出请求后，服务器端才能回复数据

很 多情况下，需要服务器端主动向客户端推送数据，保持客户端与服务器数据的实时与同步。此时若双方建立的是Socket连接，服务器就可以直接将数据传送给 客户端；若双方建立的是HTTP连接，则服务器需要等到客户端发送一次请求后才能将数据传回给客户端，因此，客户端定时向服务器端发送连接请求，不仅可以 保持在线，同时也是在“询问”服务器是否有新的数据，如果有就将数据传给客户端。

CocoaAsyncSocket

iOS的socket实现是特别简单的，可以使用github的开源类库cocoaasyncsocket简化开发，cocoaasyncsocket是支持tcp和ump的。代码大概如下：

环境

下载AsyncSocket类库，将RunLoop文件夹下的AsyncSocket.h, AsyncSocket.m, AsyncUdpSocket.h, AsyncUdpSocket.m 文件拷贝到自己的project中
添加CFNetwork.framework, 在使用socket的文件头

#import <sys/socket.h>
#import <netinet/in.h>
#import <arpa/inet.h>
#import <unistd.h>

使用

1. socket 连接
   即时通讯最大的特点就是实时性，基本感觉不到延时或是掉线，所以必须对socket的连接进行监视与检测，在断线时进行重新连接，如果用户退出登录，要将socket手动关闭，否则对服务器会造成一定的负荷。
   一般来说，一个用户（对于ios来说也就是我们的项目中）只能有一个正在连接的socket，所以这个socket变量必须是全局的，这里可以考虑使用单例或是AppDelegate进行数据共享，本文使用单例。如果对一个已经连接的socket对象再次进行连接操作，会抛出异常（不可对已经连接的socket进行连接）程序崩溃，所以在连接socket之前要对socket对象的连接状态进行判断
   使用socket进行即时通讯还有一个必须的操作，即对服务器发送心跳包，每隔一段时间对服务器发送长连接指令（指令不唯一，由服务器端指定，包括使用socket发送消息，发送的数据和格式都是由服务器指定），如果没有收到服务器的返回消息，AsyncSocket会得到失去连接的消息，我们可以在失去连接的回调方法里进行重新连接。
   先创建一个单例，命名为Singleton
   Singleton.h

// Singleton.h
#import "AsyncSocket.h"
#define DEFINE_SHARED_INSTANCE_USING_BLOCK(block) \
static dispatch_once_t onceToken = 0; \
__strong static id sharedInstance = nil; \
dispatch_once(&onceToken, ^{ \
sharedInstance = block(); \
}); \
return sharedInstance; \
@interface Singleton : NSObject+ (Singleton *)sharedInstance;
@end

Singleton.m

+(Singleton *) sharedInstance
{
      static Singleton *sharedInstace = nil;
      static dispatch_once_t onceToken;
      dispatch_once(&onceToken, ^{
         sharedInstace = [[self alloc] init];
      });
      return sharedInstace;
}

这样一个单例就创建好了
在.h文件中生命socket变量

@property (nonatomic, strong) AsyncSocket *socket; // socket
@property (nonatomic, copy ) NSString *socketHost; // socket的Host
@property (nonatomic, assign) UInt16 socketPort; // socket的port

下面是连接，心跳，失去连接后重连

连接(长连接)
在.h文件中声明方法，并声明代理<AsyncSocketDelegate>

-(void)socketConnectHost;// socket连接

在.m中实现，连接时host与port都是由服务器指定，如果不是自己写的服务器，请与服务器端开发人员交流

// socket连接
-(void)socketConnectHost{ 
    self.socket = [[AsyncSocket alloc] initWithDelegate:self];     
    NSError *error = nil;
     [self.socket connectToHost:self.socketHost onPort:self.socketPort withTimeout:3 error:&error];
}

心跳
心跳通过计时器来实现 在singleton.h中声明一个定时器

@property (nonatomic, retain) NSTimer *connectTimer; // 计时器

在.m中实现连接成功回调方法，并在此方法中初始化定时器，发送心跳在后文向服务器发送数据时说明

#pragma mark - 连接成功回调
-(void)onSocket:(AsyncSocket *)sock didConnectToHost:(NSString *)host port:(UInt16)port{
     NSLog(@"socket连接成功");
     // 每隔30s像服务器发送心跳包 
    self.connectTimer = [NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:30 target:self selector:@selector(longConnectToSocket) userInfo:nil repeats:YES];
    // 在longConnectToSocket方法中进行长连接需要向服务器发送的讯息 
    [self.connectTimer fire];
}

2. socket 断开连接与重连
   断开连接
   失去连接有几种情况，服务器断开，用户主动cut，还可能有如QQ其他设备登录被掉线的情况，不管那种情况，我们都能收到socket回调方法返回给我们的讯息，如果是用户退出登录或是程序退出而需要手动cut，我们在cut前对socket的userData赋予一个值来标记为用户退出，这样我们可以在收到断开信息时判断究竟是什么原因导致的掉线
   在.h文件中声明一个枚举类型

enum{ 
    SocketOfflineByServer,// 服务器掉线，默认为0 
    SocketOfflineByUser, // 用户主动cut
};

声明断开连接方法

-(void)cutOffSocket; // 断开socket连接

.m

// 切断socket
-(void)cutOffSocket{ 
    self.socket.userData = SocketOfflineByUser;// 声明是由用户主动切断
     [self.connectTimer invalidate]; 
    [self.socket disconnect];
}

重连
实现代理方法

-(void)onSocketDidDisconnect:(AsyncSocket *)sock{ 
      NSLog(@"sorry the connect is failure %ld",sock.userData);
     if (sock.userData == SocketOfflineByServer) { 
          // 服务器掉线，重连 
        [self socketConnectHost];
      } else if (sock.userData == SocketOfflineByUser) { 
        // 如果由用户断开，不进行重连 
        return;
     }
}

3. socket 发送与接收数据
   发送数据 我们补充上文心跳连接未完成的方法

// 心跳连接
-(void)longConnectToSocket{
     // 根据服务器要求发送固定格式的数据，假设为指令@"longConnect"，但是一般不会是这么简单的指令 
      NSString *longConnect = @"longConnect";
      NSData *dataStream = [longConnect dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];
      [self.socket writeData:dataStream withTimeout:1 tag:1];
}

socket发送数据是以栈的形式存放，所有数据放在一个栈中，存取时会出现粘包的现象，所以很多时候服务器在收发数据时是以先发送内容字节长度，再发送内容的形式，得到数据时也是先得到一个长度，再根据这个长度在栈中读取这个长度的字节流，如果是这种情况，发送数据时只需在发送内容前发送一个长度，发送方法与发送内容一样，假设长度为8

NSData *dataStream = [@8 dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];
[self.socket writeData:dataStream withTimeout:1 tag:1];

接收数据 为了能时刻接收到socket的消息，我们在长连接方法中进行读取数据

[self.socket readDataWithTimeout:30 tag:0];

如果得到数据，会调用回调方法

-(void)onSocket:(AsyncSocket *)sock didReadData:(NSData *)data withTag:(long)tag{ 
      // 对得到的data值进行解析与转换即可
     [self.socket readDataWithTimeout:30 tag:0];
}

4. 简单使用说明
   我们在用户登录后的第一个界面进行socket的初始化连接操作，在得到数据后，将所需要显示的数据放在singleton中，对变量进行监听后做出相应的操作即可，延伸起来比较复杂，没有真实数据也不太方便说明，大家自己进行探索吧，有问题请在下方留言一起探讨。

[Singleton sharedInstance].socketHost = @"192.186.100.21";// host设定    
[Singleton sharedInstance].socketPort = 10045;// port设定    // 在连接前先进行手动断开    
[Singleton sharedInstance].socket.userData = SocketOfflineByUser;    
[[Singleton sharedInstance] cutOffSocket];    // 确保断开后再连，如果对一个正处于连接状态的socket进行连接，会出现崩溃    
[Singleton sharedInstance].socket.userData = SocketOfflineByServer;
[[Singleton sharedInstance] socketConnectHost];