【TCP】TCP通信

1. tcp三次握手

1.2 三次握手的过程

tcp协议是面向连接的、安全的流式传输协议；
在数据传输前，必须保证通信双方建立起了连接；
握手是协议的行为，在connect()时进行，无需编程实现；
标志位含义
（1）SYN: 请求建立连接
（2）ACK: 同意
（3）FIN: 断开连接的请求

1.2 tcp协议中的序号

第一次握手：
（1）客户端将SYN置1，发出连接请求；
（2）客户端随机生成一个32bit的序号seq/Seq；
（3）这个序号后可以携带数据。
第二次握手：
（1）服务器同意请求ACK置1；
（2）服务器回发一个确认序号: ack/Ack=客户端随机序号+数据长度+SYN标志位；
（3）服务器发出连接请求：SYN置1；
（4）服务器会生成一个随机序号: seq=k；
第三次握手：
（1）客户端同意请求ACK置1；
（2）客户端回发一个确认序号: ack/Ack=服务器随机序号+数据长度+SYN标志位；

2. 滑动窗口

滑动窗口是TCP中用于实现如 ACK 确认、流量控制、拥塞控制的承载结构。可以理解为一块缓存。
通信的双方都有滑动窗口；
（1）服务器：发送数据的窗口，接收数据的窗口；
（2）客户端：发送数据的窗口，接收数据的窗口；
滑动窗口的内存是在变化的：其空间大小固定，但可存储的数据量在变化；其取决于通信对方可以接收的数据量。
使用流程
（1） mss: 最大的数据段大小 Maximum Segment Size -> 一条数据的最大数据量；
（2）win：滑动窗口。

1. 客户端向服务器发起连接, 客户端的滑动窗口大小为4096, 一次发送的最大数据量1460
2. 服务器接收连接请求(第二次握手), 告诉客户端服务器的滑动窗口大小为6144, 一次发送的最大数据量1024
3. 第三次握手
4. 4-9 客户端连续给服务器发送了 6k数据, 每次发送1k
5. 第10次, 服务器告诉客户端: 发送的6k数据已经收到存储到滑动窗口缓存中, 缓存数据已经处理了2k
6. 第11次, 服务器告诉客户端: 发送的6k数据已经收到存储到滑动窗口缓存中, 缓存数据已经处理了4k
7. 第12次, 客户端给服务器发送1k数据

3. 四次挥手

四次挥手发生在断开连接时，即调用close()函数时；
客户端和服务器端谁都可以发起挥手的动作, 谁先调用close()函数就是谁发起的；
因为tcp在连接的时候, 建立的是双向连接, 因此在断开的时候需要双向断开；

1. 第13次, 主动请求和服务器断开连接, 并且给服务器发送了1k数据
2. 第14次, 服务器回复ACK8194, a: 同意断开连接的请求 b: 告诉客户端我已经收到刚才2k数据 c: 滑动窗口2k
3. 第15, 16次, 通知客户端滑动窗口中的数据处理完了
4. 第17次, 服务器给客户端发送FIN, 断开和客户端的连接
5. 第18次, 客户端同意了服务器的断开请求

4. TCP状态转换

4.1 三次握手

握手之前：服务器调用listen()函数设置监听，处于LISTEN状态；
第一次握手：客户端调用connect()函数发出连接请求，转为SYN_SENT状态；
第二次握手：
（1）服务器接受连接请求，转为SYN_RCVD状态；并发出连接请求；
（2）客户端的请求被接受，转为ESTABLISHED状态；
第三次握手：服务器的请求被接受，转为ESTABLISH状态；

注意：双方必须都是ESTABLISHED状态才可以通信；

4.2 四次挥手

第一次挥手：
（1）发起方调用close()函数请求断开连接，状态转为FIN_WAIT_1；
（2）被动方状态转为CLOSE_WAIT；
第二次挥手：发起方请求被同意，状态转为FIN_WAIT_2;
第三次挥手：
（1）被动方调用close()函数发起断开连接请求，状态转为LAST_ACK;
（2）发起方状态转为TIME_WAIT;
第四次挥手：发起方接受断开请求，被动方终止；

4.3 细节问题

2MSL(Maximum Segment Lifetime): 最大报文段寿命，官方建议2min，实际30s；发起方最后的TIME_WAIT会持续2MSL；
（1）第三次挥手后，发起方必须处于TIME_WAIT状态并储蓄2MSL时间；因为若第四次挥手的ACK丢失，可以在2MSL时间内重新发送。
（2）被动方若一直未收到第四次挥手的ACK信号，会一直发送第三次挥手的FIN，直到收到第四次挥手的ACK信号为止；
半关闭：TCP连接中，A向B发送FIN请求关闭，B回应ACK后并未立即发送FIN给A，此时A处于半连接状态，A只能收不能发数据；

将sockfd文件设为how状态进行操作
#include <sys/socket.h>
int shutdown(int sockfd, int how);
- sockfd: 要操作的文件描述符
- how: 操作方式SHUT_RD: 关闭读SHUT_WR: 关闭写SHUT_RDWR: 关闭读写

端口复用
（1）正常情况下被动方断开连接后通信已经结束，发起方仍然会持续2MSL的TIME_WAIT状态。若发起方是服务器，立刻重启服务器则会失败，因为在此期间通信端口依然会占用。
（2）若程序突然退出而系统没有释放端口，也会导致该端口无法复用；

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
// 设置套接字sockfd端口是否可以复用及复用的级别
int setsockopt(int sockfd, int level, int optname, const void *optval, socklen_t optlen);
参数:
- level: 级别：SOL_SOCKET (端口复用的级别)
- optname: 端口复用的级别(二选一)- SO_REUSEADDR- SO_REUSEPORT
- optval: 端口复用-> 对应的是整形数- 1: 可以复用- 0: 不能复用
- optlen: optval参数对应的内存大小

注意：设置端口复用必须在端口绑定之前，即setsockopt()在bind()之前；

$ netstat
○ 参数：-a (all)显示所有选项，默认不显示LISTEN相关-p 显示建立相关链接的程序名-n 拒绝显示别名，能显示数字的全部转化成数字。-l 仅列出有在 Listen (监听) 的服务状态-t (tcp)仅显示tcp相关选项-u (udp)仅显示udp相关选项

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