TCP/IP详解 第十二章(10) TCP Socket 编程
前言
不管面试 Java 、C/C++、Python 等开发岗位, TCP
的知识点可以说是的必问的了。
任 TCP 虐我千百遍,我仍待 TCP 如初恋。
遥想小林当年校招时常因 TCP
面试题被刷,真是又爱又狠….
过去不会没关系,今天就让我们来消除这份恐惧,微笑着勇敢的面对它吧!
所以小林整理了关于 TCP 三次握手和四次挥手的面试题型,跟大家一起探讨探讨。
原文:https://mp.weixin.qq.com/s/tH8RFmjrveOmgLvk9hmrkw 支持小林
针对 TCP 应该如何 Socket 编程?
基于 TCP 协议的客户端和服务器工作
服务端和客户端初始化
socket
,得到文件描述符;服务端调用
bind
,将绑定在 IP 地址和端口;服务端调用
listen
,进行监听;服务端调用
accept
,等待客户端连接;客户端调用
connect
,向服务器端的地址和端口发起连接请求;服务端
accept
返回用于传输的socket
的文件描述符;客户端调用
write
写入数据;服务端调用read
读取数据;客户端断开连接时,会调用
close
,那么服务端read
读取数据的时候,就会读取到了EOF
,待处理完数据后,服务端调用close
,表示连接关闭。
这里需要注意的是,服务端调用 accept
时,连接成功了会返回一个已完成连接的 socket,后续用来传输数据。
所以,监听的 socket 和真正用来传送数据的 socket,是「两个」 socket,一个叫作监听 socket,一个叫作已完成连接 socket。
成功连接建立之后,双方开始通过 read 和 write 函数来读写数据,就像往一个文件流里面写东西一样。
listen 时候参数 backlog 的意义?
Linux内核中会维护两个队列:
未完成连接队列(SYN 队列):接收到一个 SYN 建立连接请求,处于 SYN_RCVD 状态;
已完成连接队列(Accpet 队列):已完成 TCP 三次握手过程,处于 ESTABLISHED 状态;
SYN 队列 与 Accpet 队列
int listen (int socketfd, int backlog)
参数一 socketfd 为 socketfd 文件描述符
参数二 backlog,这参数在历史有一定的变化
在早期 Linux 内核 backlog 是 SYN 队列大小,也就是未完成的队列大小。
在 Linux 内核 2.2 之后,backlog 变成 accept 队列,也就是已完成连接建立的队列长度,所以现在通常认为 backlog 是 accept 队列。
accept 发送在三次握手的哪一步?
我们先看看客户端连接服务端时,发送了什么?
客户端连接服务端
客户端的协议栈向服务器端发送了 SYN 包,并告诉服务器端当前发送序列号 client_isn,客户端进入 SYNC_SENT 状态;
服务器端的协议栈收到这个包之后,和客户端进行 ACK 应答,应答的值为 client_isn+1,表示对 SYN 包 client_isn 的确认,同时服务器也发送一个 SYN 包,告诉客户端当前我的发送序列号为 server_isn,服务器端进入 SYNC_RCVD 状态;
客户端协议栈收到 ACK 之后,使得应用程序从
connect
调用返回,表示客户端到服务器端的单向连接建立成功,客户端的状态为 ESTABLISHED,同时客户端协议栈也会对服务器端的 SYN 包进行应答,应答数据为 server_isn+1;应答包到达服务器端后,服务器端协议栈使得
accept
阻塞调用返回,这个时候服务器端到客户端的单向连接也建立成功,服务器端也进入 ESTABLISHED 状态。
从上面的描述过程,我们可以得知客户端 connect 成功返回是在第二次握手,服务端 accept 成功返回是在三次握手成功之后。
客户端调用 close 了,连接是断开的流程是什么?
我们看看客户端主动调用了 close
,会发生什么?
客户端调用 close 过程
客户端调用
close
,表明客户端没有数据需要发送了,则此时会向服务端发送 FIN 报文,进入 FIN_WAIT_1 状态;服务端接收到了 FIN 报文,TCP 协议栈会为 FIN 包插入一个文件结束符
EOF
到接收缓冲区中,应用程序可以通过read
调用来感知这个 FIN 包。这个EOF
会被放在已排队等候的其他已接收的数据之后,这就意味着服务端需要处理这种异常情况,因为 EOF 表示在该连接上再无额外数据到达。此时,服务端进入 CLOSE_WAIT 状态;接着,当处理完数据后,自然就会读到
EOF
,于是也调用close
关闭它的套接字,这会使得会发出一个 FIN 包,之后处于 LAST_ACK 状态;客户端接收到服务端的 FIN 包,并发送 ACK 确认包给服务端,此时客户端将进入 TIME_WAIT 状态;
服务端收到 ACK 确认包后,就进入了最后的 CLOSE 状态;
客户端进过
2MSL
时间之后,也进入 CLOSED 状态;
巨人的肩膀
[1] 趣谈网络协议专栏.刘超.极客时间.
[2] 网络编程实战专栏.盛延敏.极客时间.
[3] 计算机网络-自顶向下方法.陈鸣 译.机械工业出版社
[4] TCP/IP详解 卷1:协议.范建华 译.机械工业出版社
[5] 图解TCP/IP.竹下隆史.人民邮电出版社
[6] https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc793.html
[7] https://draveness.me/whys-the-design-tcp-three-way-handshake
[9] https://draveness.me/whys-the-design-tcp-time-wait
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