Cocos2d-x网络模块1：网络基本概念
在这个系列教程中，我们将深入学习Cocos2d-x中与网络相关的内容、概念以及关键技术，包括对HTTP、Socket等概念的理解与分析，助力开发者快速掌握Cocos2d-x网络相关知识。
网络模型
网络模型主要有OSI层模型和TCP/IP层模型。下面我们重点介绍TCP/IP各层对应的协议。
TCP/IP各层协议
- IP协议：对应网络层，是网络层的核心协议，主要负责将数据包从源主机传输到目标主机，提供了无连接、不可靠的数据报服务。
- TCP协议：属于传输层协议，主要解决数据如何在网络中可靠传输的问题。它通过“三次握手”建立连接，“四次挥手”断开连接，为上层应用提供了可靠的、面向连接的字节流服务。
- HTTP协议：处于应用层，主要解决如何包装数据的问题。它是一种用于传输超文本的协议，基于请求 - 响应模型，广泛应用于Web开发。
- Socket：本身并非协议，而是对TCP/IP协议的封装和应用的调用接口（API）。通过Socket，程序员可以方便地使用TCP/IP协议进行网络编程。
TCP/IP协议概述
TCP/IP即传输控制协议/网际协议（Transmission Control Protocol / Internet Protocol），是供已连接因特网的计算机进行通信的通信协议。它定义了电子设备（如计算机）如何连入因特网，以及数据如何在它们之间传输的标准。以下是一张展示这些协议关系的图（此处可添加相关图片链接）。
各协议之间的关系
HTTP协议和TCP/IP协议的关系
在数据传输时，我们可以仅使用传输层的TCP/IP协议，但如果没有应用层协议，就无法识别数据内容。为了使传输的数据有意义，必须使用应用层协议。常见的应用层协议有HTTP、FTP、TELNET等，开发者也可以自行定义应用层协议。在Web应用中，通常使用HTTP协议作为应用层协议来封装HTTP文本信息，然后使用TCP/IP作为传输层协议将数据发送到网络上。
Socket与TCP/IP协议的关系
实际上，Socket与TCP/IP协议并没有必然联系。Socket编程接口在设计时，旨在适应多种网络协议。它的出现是为了让程序员更方便地使用TCP/IP协议栈，是对TCP/IP协议的抽象，形成了一系列基本的函数接口，如create、listen、connect、accept、send、read和write等。
网络上有一个形象的说法来解释Socket和TCP/IP协议的关系：“TCP/IP只是一个协议栈，就像操作系统的运行机制一样，必须要具体实现，同时还要提供对外的操作接口。这就如同操作系统会提供标准的编程接口（如win32编程接口），TCP/IP也需要提供可供程序员进行网络开发的接口，这就是Socket编程接口。”
Socket的形象描述
CSDN上有一个形象的描述：HTTP是轿车，提供了封装或者显示数据的具体形式；Socket是发动机，提供了网络通信的能力。实际上，传输层的TCP基于网络层的IP协议，应用层的HTTP协议又基于传输层的TCP协议，而Socket本身并非协议，它只是提供了一个针对TCP或者UDP编程的接口。
TCP连接
要理解Socket连接，首先需要明白TCP连接。手机能够使用联网功能，是因为其底层实现了TCP/IP协议，使得手机终端可以通过无线网络建立TCP连接。TCP协议为上层网络提供接口，使上层网络数据的传输建立在“无差别”的网络之上。
三次握手建立TCP连接
建立一个TCP连接需要经过“三次握手”：
- 第一次握手：客户端发送SYN包（SYN = j）到服务器，并进入SYN_SEND状态，等待服务器确认。
- 第二次握手：服务器收到SYN包后，必须确认客户端的SYN（ACK = j + 1），同时自己也发送一个SYN包（SYN = k），即SYN + ACK包，此时服务器进入SYN_RECV状态。
- 第三次握手：客户端收到服务器的SYN + ACK包后，向服务器发送确认包ACK（ACK = k + 1）。此包发送完毕，客户端和服务器进入ESTABLISHED状态，完成三次握手。
需要注意的是，握手过程中传送的包里不包含数据，三次握手完毕后，客户端与服务器才正式开始传送数据。在理想状态下，TCP连接一旦建立，在通信双方中的任何一方主动关闭连接之前，该连接将一直保持。
四次挥手断开TCP连接
断开连接时，服务器和客户端均可以主动发起断开TCP连接的请求，断开过程需要经过“四次挥手”（具体过程此处不详细展开，其本质是服务器和客户端交互，最终确定断开）。
HTTP连接
HTTP协议即超文本传送协议（HyperText Transfer Protocol），是Web联网的基础，也是手机联网常用的协议之一，它建立在TCP协议之上。
HTTP连接特点
HTTP连接使用“请求 - 响应”的方式，其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”。
- HTTP 1.0：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，自动释放连接。
- HTTP 1.1：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。
由于HTTP在每次请求结束后都会主动释放连接，因此HTTP连接是一种“短连接”。为了保持客户端程序的在线状态，客户端需要不断地向服务器发起连接请求。通常的做法是，即使不需要获得任何数据，客户端也会每隔一段固定的时间向服务器发送一次“保持连接”的请求，服务器在收到该请求后对客户端进行回复，表明知道客户端“在线”。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。
Socket原理
套接字（socket）概念
套接字（socket）是通信的基石，是支持TCP/IP协议的网络通信的基本操作单元。它是网络通信过程中端点的抽象表示，包含进行网络通信必须的五种信息：连接使用的协议、本地主机的IP地址、本地进程的协议端口、远地主机的IP地址、远地进程的协议端口。可以用“{ IP地址 : 端口号 }”来表示套接字。
在应用层通过传输层进行数据通信时，TCP会遇到同时为多个应用程序进程提供并发服务的问题。多个TCP连接或多个应用程序进程可能需要通过同一个TCP协议端口传输数据。为了区别不同的应用程序进程和连接，许多计算机操作系统为应用程序与TCP/IP协议交互提供了套接字（Socket）接口。应用层可以通过Socket接口和传输层区分来自不同应用程序进程或网络连接的通信，实现数据传输的并发服务。
建立socket连接
建立Socket连接至少需要一对套接字，其中一个运行于客户端，称为ClientSocket，另一个运行于服务器端，称为ServerSocket。套接字之间的连接过程分为三个步骤：
- 服务器监听：服务器端套接字并不定位具体的客户端套接字，而是处于等待连接的状态，实时监控网络状态，等待客户端的连接请求。
- 客户端请求：客户端的套接字提出连接请求，要连接的目标是服务器端的套接字。为此，客户端的套接字必须首先描述它要连接的服务器的套接字，指出服务器端套接字的地址和端口号，然后向服务器端套接字提出连接请求。
- 连接确认：当服务器端套接字监听到或者接收到客户端套接字的连接请求时，就响应客户端套接字的请求，建立一个新的线程，把服务器端套接字的描述发给客户端。一旦客户端确认了此描述，双方就正式建立连接。而服务器端套接字继续处于监听状态，继续接收其他客户端套接字的连接请求。
Socket连接与其他连接的比较
Socket连接与TCP连接
创建Socket连接时，可以指定使用的传输层协议，Socket可以支持不同的传输层协议（TCP或UDP）。当使用TCP协议进行连接时，该Socket连接就是一个TCP连接。
Socket连接与HTTP连接
通常情况下，Socket连接就是TCP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。但在实际网络应用中，客户端到服务器之间的通信往往需要穿越多个中间节点，如路由器、网关、防火墙等。大部分防火墙默认会关闭长时间处于非活跃状态的连接，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“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。在很多情况下，需要服务器端主动向客户端推送数据，以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。
重要概念总结
TCP连接的三次握手
- 第一次握手：客户端发送syn包（syn = j）到服务器，并进入SYN_SEND状态，等待服务器确认。
- 第二次握手：服务器收到syn包，必须确认客户的SYN（ack = j + 1），同时自己也发送一个SYN包（syn = k），即SYN + ACK包，此时服务器进入SYN_RECV状态。
- 第三次握手：客户端收到服务器的SYN + ACK包，向服务器发送确认包ACK（ack = k + 1），此包发送完毕，客户端和服务器进入ESTABLISHED状态，完成三次握手。握手过程中传送的包里不包含数据，三次握手完毕后，客户端与服务器才正式开始传送数据。理想状态下，TCP连接一旦建立，在通信双方中的任何一方主动关闭连接之前，TCP连接都将被一直保持下去。断开连接时，服务器和客户端均可以主动发起断开TCP连接的请求，断开过程需要经过“四次挥手”。
利用Socket建立网络连接的步骤
- 建立Socket连接至少需要一对套接字，一个运行于客户端（ClientSocket），另一个运行于服务器端（ServerSocket）。
- 连接过程分为三个步骤：
- 服务器监听：服务器端套接字处于等待连接状态，实时监控网络状态，等待客户端的连接请求。
- 客户端请求：客户端套接字提出连接请求，需描述要连接的服务器套接字的地址和端口号，然后向服务器端套接字提出连接请求。
- 连接确认：服务器端套接字接收到客户端请求后，响应请求，建立新线程，将服务器端套接字的描述发给客户端，客户端确认后，双方正式建立连接。服务器端套接字继续处于监听状态，接收其他客户端套接字的连接请求。
HTTP链接的特点
HTTP协议是超文本传送协议，是Web联网的基础和手机联网常用协议之一，建立在TCP协议之上。HTTP连接的显著特点是客户端每次请求都需服务器回送响应，请求结束后主动释放连接，从建立到关闭连接的过程称为“一次连接”。
TCP和UDP的区别
- TCP：面向连接，虽然网络的不安全不稳定特性决定了多次握手也不能完全保证连接的可靠性，但TCP的三次握手在很大程度上保证了连接的可靠性。
- UDP：不是面向连接的，传送数据前不与对方建立连接，对接收到的数据也不发送确认信号，发送端不知道数据是否会正确接收，也不用重发，是无连接、不可靠的数据传输协议。
- 性能差异：由于UDP无需进行收发数据的确认，开销更小，数据传输速率更高，实时性更好。例如，采用TCP传输协议的MSN比采用UDP的QQ传输文件慢，但这并不意味着QQ的通信不安全，因为程序员可以手动对UDP的数据收发进行验证，如发送方对每个数据包进行编号，由接收方进行验证。UDP在底层协议的封装上没有采用类似TCP的“三次握手”，实现了TCP所无法达到的传输效率。