TCP的连接状态标识 (SYN, FIN, ACK, PSH, RST, URG)

TCP层，有个FLAGS字段，这个字段有以下几个标识：SYN, FIN, ACK, PSH, RST, URG.
其中，对于我们日常的分析有用的就是前面的五个字段。它们的含义是：

（1）SYN表示建立连接，

（2）FIN表示关闭连接，

（3）ACK表示响应，

（4）PSH表示有 DATA数据传输，

（5）RST表示连接重置。

其中，ACK是可能与SYN，FIN等同时使用的，比如SYN和ACK可能同时为1，它表示的就是建立连接之后的响应，

如果只是单个的一个SYN，它表示的只是建立连接。

TCP的几次握手就是通过这样的ACK表现出来的。

但SYN与FIN是不会同时为1的，因为前者表示的是建立连接，而后者表示的是断开连接。

RST一般是在FIN之后才会出现为1的情况，表示的是连接重置。

一般地，当出现FIN包或RST包时，我们便认为客户端与服务器端断开了连接；而当出现SYN和SYN＋ACK包时，我们认为客户端与服务器建立了一个连接。

PSH为1的情况，一般只出现在 DATA内容不为0的包中，也就是说PSH为1表示的是有真正的TCP数据包内容被传递。

TCP的连接建立和连接关闭，都是通过请求－响应的模式完成的。

概念补充-TCP三次握手：

TCP(Transmission Control Protocol)传输控制协议
TCP是主机对主机层的传输控制协议，提供可靠的连接服务，采用三次握手确认建立一个连接：
位码即tcp标志位，有6种标示：SYN(synchronous建立联机) ACK(acknowledgement 确认) PSH(push传送) FIN(finish结束) RST(reset重置) URG(urgent紧急)Sequence number(顺序号码) Acknowledge number(确认号码)
第一次握手：主机A发送位码为syn＝1，随机产生seq number=1234567的数据包到服务器，主机B由SYN=1知道，A要求建立联机；
第二次握手：主机B收到请求后要确认联机信息，向A发送ack number=(主机A的seq+1)，syn=1，ack=1，随机产生seq=7654321的包；
第三次握手：主机A收到后检查ack number是否正确，即第一次发送的seq number+1，以及位码ack是否为1，若正确，主机A会再发送ack number=(主机B的seq+1)，ack=1，主机B收到后确认seq值与ack=1则连接建立成功。
完成三次握手，主机A与主机B开始传送数据。

在TCP/IP协议中，TCP协议提供可靠的连接服务，采用三次握手建立一个连接。
第一次握手：建立连接时，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。完成三次握手，客户端与服务器开始传送数据。

【注意】中断连接端可以是Client端，也可以是Server端。
假设Client端发起中断连接请求，也就是发送FIN报文。Server端接到FIN报文后，意思是说"我Client端没有数据要发给你了"，但是如果你还有数据没有发送完成，则不必急着关闭Socket，可以继续发送数据。所以你先发送ACK，"告诉Client端，你的请求我收到了，但是我还没准备好，请继续你等我的消息"。这个时候Client端就进入FIN_WAIT状态，继续等待Server端的FIN报文。当Server端确定数据已发送完成，则向Client端发送FIN报文，"告诉Client端，好了，我这边数据发完了，准备好关闭连接了"。Client端收到FIN报文后，"就知道可以关闭连接了，但是他还是不相信网络，怕Server端不知道要关闭，所以发送ACK后进入TIME_WAIT状态，如果Server端没有收到ACK则可以重传。“，Server端收到ACK后，"就知道可以断开连接了"。Client端等待了2MSL后依然没有收到回复，则证明Server端已正常关闭，那好，我Client端也可以关闭连接了。Ok，TCP连接就这样关闭了！
整个过程Client端所经历的状态如下：

而Server端所经历的过程如下：
【注意】在TIME_WAIT状态中，如果TCP client端最后一次发送的ACK丢失了，它将重新发送。TIME_WAIT状态中所需要的时间是依赖于实现方法的。典型的值为30秒、1分钟和2分钟。等待之后连接正式关闭，并且所有的资源(包括端口号)都被释放。

【问题1】为什么连接的时候是三次握手，关闭的时候却是四次握手？
答：因为当Server端收到Client端的SYN连接请求报文后，可以直接发送SYN+ACK报文。其中ACK报文是用来应答的，SYN报文是用来同步的。但是关闭连接时，当Server端收到FIN报文时，很可能并不会立即关闭SOCKET，所以只能先回复一个ACK报文，告诉Client端，"你发的FIN报文我收到了"。只有等到我Server端所有的报文都发送完了，我才能发送FIN报文，因此不能一起发送。故需要四步握手。

【问题2】为什么TIME_WAIT状态需要经过2MSL(最大报文段生存时间)才能返回到CLOSE状态？
答：虽然按道理，四个报文都发送完毕，我们可以直接进入CLOSE状态了，但是我们必须假象网络是不可靠的，有可以最后一个ACK丢失。所以TIME_WAIT状态就是用来重发可能丢失的ACK报文。

10054错位码

有人问：select写socket时候建立链接立马发送数据有时候收不到数据还提示10054 ，大多数的况还是能收到的一般收不到数据的时候第二次再链接发送数据就能收到请问是怎么回事呢？
对于好奇心极强的我，对于这个没遇到的问题，我就百度了10054错误。网上说：
一般来说是连接被对方重设。一个建立的连接被远程主机强行关闭，若远程主机上的进程异常终止运行（由于内存冲突或硬件故障），或者针对套接字执行了一次强行关闭，便会产生10054错误。针对强行关闭的情况，可用SO_LINGER套接字选项和setsockopt来配置一个套接字。
而对于群里描述的那个问题，我回忆了 TCP/IP 协议，我认为会有如下两种情况：
（1）client 在与 server 进行三次握手时，client 调用 connect 函数完成了连接的建立（客户端自以为建立了），而实际server 那边却没有收到最后一次握手 ack 的回复。这时触发了 server 的 syn 触发器，重发 SYN+ACK 包，一般默认是重发 5次，时间分别是 1秒、2秒、4秒、8秒、16秒；而此时client 马上发送数据的话，server 会发 RST 回复给 client, 那么此时 client 就会提示 10054。
（2）而另一种情况就是 server 这边的 accept 队列满了（一般有 syn_recv 队列，accept队列），那么此时 server会直接回复RST(最新的 linux 内核是这么实现的)，当然也有可能会拒绝 client的请求，让 client自己自动断开请求。
群里的一位大神（冒泡）说实现第二种方式，也就是拒绝 client发过来的请求，原因如下：
第一，服务器已经处理不过来了，再发rst加剧压力
第二，客户端如果丢包，会等到超时再重试，而收到rst的话有可能立刻重试，服务器压力会更大。

Linux网络编程中socket常见错误码分析

EINTR： 4
阻塞的操作被取消阻塞的调用打断。如设置了发送接收超时，就会遇到这种错误。
只能针对阻塞模式的socket。读，写阻塞的socket时，-1返回，错误号为INTR。另外，如果出现EINTR即errno为4，错误描述Interrupted system call，操作也应该继续。如果recv的返回值为0，那表明连接已经断开，接收操作也应该结束。

ETIMEOUT：110
1、操作超时。一般设置了发送接收超时，遇到网络繁忙的情况，就会遇到这种错误。
2、服务器做了读数据做了超时限制，读时发生了超时。
3、错误被描述为“connect time out”，即“连接超时”，这种情况一般发生在服务器主机崩溃。此时客户 TCP 将在一定时间内（依具体实现）持续重发数据分节，试图从服务 TCP 获得一个 ACK 分节。当最终放弃尝试后（此时服务器未重新启动），内核将会向客户进程返回 ETIMEDOUT 错误。如果某个中间路由器判定该服务器主机已经不可达，则一般会响应“destination unreachable”－“目的地不可达”的ICMP消息，相应的客户进程返回的错误是 EHOSTUNREACH 或ENETUNREACH。当服务器重新启动后，由于 TCP 状态丢失，之前所有的连接信息也不存在了，此时对于客户端发来请求将回应 RST。如果客户进程对检测服务器主机是否崩溃很有必要，要求即使客户进程不主动发送数据也能检测出来，那么需要使用其它技术，如配置 SO_KEEPALIVE Socket 选项，或实现某些心跳函数。

EAGAIN：
1、Send返回值小于要发送的数据数目，会返回EAGAIN和EINTR。
2、recv 返回值小于请求的长度时说明缓冲区已经没有可读数据，但再读不一定会触发EAGAIN，有可能返回0表示TCP连接已被关闭。
3、当socket是非阻塞时,如返回此错误,表示写缓冲队列已满,可以做延时后再重试.
4、在Linux进行非阻塞的socket接收数据时经常出现Resource temporarily unavailable，errno代码为11(EAGAIN)，表明在非阻塞模式下调用了阻塞操作，在该操作没有完成就返回这个错误，这个错误不会破坏socket的同步，不用管它，下次循环接着recv就可以。对非阻塞socket而言，EAGAIN不是一种错误。

EPIPE：
1、Socket 关闭，但是socket号并没有置-1。继续在此socket上进行send和recv，就会返回这种错误。这个错误会引发SIGPIPE信号，系统会将产生此EPIPE错误的进程杀死。所以，一般在网络程序中，首先屏蔽此消息，以免发生不及时设置socket进程被杀死的情况。
2、write(..) on a socket that has been closed at the other end will cause a SIGPIPE.
3、错误被描述为“broken pipe”，即“管道破裂”，这种情况一般发生在客户进程不理会（或未及时处理）Socket 错误，继续向服务 TCP 写入更多数据时，内核将向客户进程发送 SIGPIPE 信号，该信号默认会使进程终止（此时该前台进程未进行 core dump）。结合上边的 ECONNRESET 错误可知，向一个 FIN_WAIT2 状态的服务 TCP（已 ACK 响应 FIN 分节）写入数据不成问题，但是写一个已接收了 RST 的 Socket 则是一个错误。

EBADF：

read(..) or write(..) on a locally closed socket will return EBADF

EFAULT：
地址错误。

EBUSY：

ECONNREFUSED：

1、拒绝连接。一般发生在连接建立时。
拔服务器端网线测试，客户端设置keep alive时，recv较快返回0，先收到ECONNREFUSED (Connection refused)错误码，其后都是ETIMEOUT。
2、an error returned from connect(), so it can only occur in a client (if a client is defined as the party that initiates the connection
ECONNRESET：
1、在客户端服务器程序中，客户端异常退出，并没有回收关闭相关的资源，服务器端会先收到ECONNRESET错误，然后收到EPIPE错误。
2、连接被远程主机关闭。有以下几种原因：远程主机停止服务，重新启动;当在执行某些操作时遇到失败，因为设置了“keep alive”选项，连接被关闭，一般与ENETRESET一起出现。
3、远程端执行了一个“hard”或者“abortive”的关闭。应用程序应该关闭socket，因为它不再可用。当执行在一个UDP socket上时，这个错误表明前一个send操作返回一个ICMP“port unreachable”信息。
4、如果client关闭连接,server端的select并不出错(不返回-1,使用select对唯一一个socket进行non- blocking检测),但是写该socket就会出错,用的是send.错误号:ECONNRESET.读(recv)socket并没有返回错误。
5、该错误被描述为“connection reset by peer”，即“对方复位连接”，这种情况一般发生在服务进程较客户进程提前终止。当服务进程终止时会向客户 TCP 发送 FIN 分节，客户 TCP 回应 ACK，服务 TCP 将转入 FIN_WAIT2 状态。此时如果客户进程没有处理该 FIN （如阻塞在其它调用上而没有关闭 Socket 时），则客户 TCP 将处于 CLOSE_WAIT 状态。当客户进程再次向 FIN_WAIT2 状态的服务 TCP 发送数据时，则服务 TCP 将立刻响应 RST。一般来说，这种情况还可以会引发另外的应用程序异常，客户进程在发送完数据后，往往会等待从网络IO接收数据，很典型的如 read 或 readline 调用，此时由于执行时序的原因，如果该调用发生在 RST 分节收到前执行的话，那么结果是客户进程会得到一个非预期的 EOF 错误。此时一般会输出“server terminated prematurely”－“服务器过早终止”错误。

EINVAL：
无效参数。提供的参数非法。有时也会与socket的当前状态相关，如一个socket并没有进入listening状态，此时调用accept，就会产生EINVAL错误。

EMFILE：
打开了太多的socket。对进程或者线程而言，每种实现方法都有一个最大的可用socket数目处理，或者是全局的，或者是局部的。

EWOULDBLOCK：EAGAIN
资源暂时不可用。这个错误是从对非阻塞socket进行的不能立即结束的操作返回的，如当没有数据在队列中可以读时，调用recv。并不是fatal错误，稍后操作可以被重复。调用在一个非阻塞的SOCK_STREAM socket 上调用connect时会产生这个错误，因为有时连接建立必须消耗一定的时间。

ENOTCONN
在一个没有建立连接的socket上，进行read，write操作会返回这个错误。出错的原因是socket没有标识地址。Setsoc也可能会出错。

ECONNRESET
Connection reset by peer.
连接被远程主机关闭。有以下几种原因：远程主机停止服务，重新启动;当在执行某些操作时遇到失败，因为设置了“keep alive”选项，连接被关闭，一般与ENETRESET一起出现。

ECONNABORTED
1、软件导致的连接取消。一个已经建立的连接被host方的软件取消，原因可能是数据传输超时或者是协议错误。
2、该错误被描述为“software caused connection abort”，即“软件引起的连接中止”。原因在于当服务和客户进程在完成用于 TCP 连接的“三次握手”后，客户 TCP 却发送了一个 RST （复位）分节，在服务进程看来，就在该连接已由 TCP 排队，等着服务进程调用 accept 的时候 RST 却到达了。POSIX 规定此时的 errno 值必须 ECONNABORTED。源自 Berkeley 的实现完全在内核中处理中止的连接，服务进程将永远不知道该中止的发生。服务器进程一般可以忽略该错误，直接再次调用accept。
当TCP协议接收到RST数据段，表示连接出现了某种错误，函数read将以错误返回，错误类型为ECONNERESET。并且以后所有在这个套接字上的读操作均返回错误。错误返回时返回值小于0。

ENETUNREACH
网络不可达。Socket试图操作一个不可达的网络。这意味着local的软件知道没有路由到达远程的host。

ENETRESET
网络重置时丢失连接。
由于设置了"keep-alive"选项，探测到一个错误，连接被中断。在一个已经失败的连接上试图使用setsockopt操作，也会返回这个错误。

EINPROGRESS：
操作正在进行中。一个阻塞的操作正在执行。

ENOTSOCK：
在非socket上执行socket操作。

EDESTADDRREQ：
需要提供目的地址。
在一个socket上的操作需要提供地址。如往一个ADDR_ANY 地址上进行sendto操作会返回这个错误。

EMSGSIZE：
消息体太长。
发送到socket上的一个数据包大小比内部的消息缓冲区大，或者超过别的网络限制，或是用来接收数据包的缓冲区比数据包本身小。

EPROTOTYPE
协议类型错误。标识了协议的Socket函数在不支持的socket上进行操作。如ARPA Internet
UDP协议不能被标识为SOCK_STREAM socket类型。

ENOPROTOOPT
该错误不是一个 Socket 连接相关的错误。errno 给出该值可能由于，通过 getsockopt 系统调用来获得一个套接字的当前选项状态时，如果发现了系统不支持的选项参数就会引发该错误。

EPROTONOSUPPORT
不支持的协议。系统中没有安装标识的协议，或者是没有实现。如函数需要SOCK_DGRAM socket，但是标识了stream protocol.。

ESOCKTNOSUPPORT
Socket类型不支持。指定的socket类型在其address family中不支持。如可选选中选项SOCK_RAW，但实现并不支持SOCK_RAW sockets。

连接过程可能出现的错误情况有：
（1）如果客户机TCP协议没有接收到对它的SYN数据段的确认，函数以错误返回，错误类型为ETIMEOUT。通常TCP协议在发送SYN数据段失败之后，会多次发送SYN数据段，在所有的发送都高中失败之后，函数以错误返回。
注：SYN（synchronize）位：请求连接。TCP用这种数据段向对方TCP协议请求建立连接。在这个数据段中，TCP协议将它选择的初始序列号通知对方，并且与对方协议协商最大数据段大小。SYN数据段的序列号为初始序列号，这个SYN数据段能够被确认。当协议接收到对这个数据段的确认之后，建立TCP连接。
（2）如果远程TCP协议返回一个RST数据段，函数立即以错误返回，错误类型为ECONNREFUSED。当远程机器在SYN数据段指定的目的端口号处没有服务进程在等待连接时，远程机器的TCP协议将发送一个RST数据段，向客户机报告这个错误。客户机的TCP协议在接收到RST数据段后不再继续发送SYN数据段，函数立即以错误返回。
注：RST（reset）位：表示请求重置连接。当TCP协议接收到一个不能处理的数据段时，向对方TCP协议发送这种数据段，表示这个数据段所标识的连接出现了某种错误，请求TCP协议将这个连接清除。有3种情况可能导致TCP协议发送RST数据段：（1）SYN数据段指定的目的端口处没有接收进程在等待；（2）TCP协议想放弃一个已经存在的连接；（3）TCP接收到一个数据段，但是这个数据段所标识的连接不存在。接收到RST数据段的TCP协议立即将这条连接非正常地断开，并向应用程序报告错误。
（3）如果客户机的SYN数据段导致某个路由器产生“目的地不可到达”类型的ICMP消息，函数以错误返回，错误类型为EHOSTUNREACH或ENETUNREACH。通常TCP协议在接收到这个ICMP消息之后，记录这个消息，然后继续几次发送SYN数据段，在所有的发送都告失败之后，TCP协议检查这个ICMP消息，函数以错误返回。
注：ICMP：Internet 消息控制协议。Internet的运行主要是由Internet的路由器来控制，路由器完成IP数据包的发送和接收，如果发送数据包时发生错误，路由器使用 ICMP协议来报告这些错误。ICMP数据包是封装在IP数据包的数据部分中进行传输的，其格式如下：

ICMP数据包主要有以下类型：

（1）目的地不可到达：A、目的主机未运行；B、目的地址不存在；C、路由表中没有目的地址对应的条目，因而路由器无法找到去往目的主机的路由。
（2）超时：路由器将接收到的IP数据包的生存时间（TTL）域减1，如果这个域的值变为0，路由器丢弃这个IP数据包，并且发送这种ICMP消息。
（3）参数出错：当IP数据包中有无效域时发送。
（4）重定向：将一条新的路径通知主机。
（5） ECHO请求、ECHO回答：这两条消息用语测试目的主机是否可以到达。请求者向目的主机发送ECHO请求ICMP数据包，目的主机在接收到这个ICMP数据包之后，返回ECHO回答ICMP数据包。
（6）时戳请求、时戳回答：ICMP协议使用这两种消息从其他机器处获得其时钟的当前时间。

调用函数connect的过程中，当客户机TCP协议发送了SYN数据段的确认之后，TCP状态由CLOSED状态转为SYN_SENT状态，在接收到对 SYN数据段的确认之后，TCP状态转换成ESTABLISHED状态，函数成功返回。如果调用函数connect失败，应该用close关闭这个套接字描述符，不能再次使用这个套接字描述符来调用函数connect。

connect函数的出错处理：
（1）ETIMEOUT－connection timed out 目的主机不存在，没有返回任何相应，例如主机关闭
（2）ECONNREFUSED－connection refused（硬错）到达目的主机后，由于各种原因建立不了连接，主机返回RST（复位）响应，例如主机监听进程未启用，tcp取消连接等
（3）EHOSTTUNREACH－no route to host（软错)路由上引发了一个目的地不可达的ICMP错误

其中（1）（3），客户端会进行定时多次重试，一定次数后才返回错误。另外，当connect连接失败时，sockfd套接口不可用，必须关闭后重新socket分配才行。