LINUX网络编程：TCP（1）

目录

1.认识Tcp的报头

2.确认应答机制（ACK）

序号与确认序号

捎带应答

3.超时重传机制

4.Tcp连接管理

三次握手

为什是三次握手

四次挥手

 理解TIMEWAIT

1.认识Tcp的报头

源端口和目的端口号没什么说的

32位的序号和确认序号，之后会介绍。

4位首部长度表示的是Tcp报头的长度，但是4位长度最多也就能表示15个字节，即使不算选项，也有20个字节，这是因为首部长度的单位是4字节，所以四位首部长度可以表示的长度是 4 * 15 = 60字节。

URG ACK PSH 都是tcp协议的选项，代表着不同的Tcp协议类型。

剩下的字段后面介绍。

2.确认应答机制（ACK）

Tcp是保证可靠性的，确认应答机制就是保证可靠性的一种机制。

其实这就是在日常生活中很常见的方法。

例：小明:小红我喜欢你，你愿意做我女朋友吗？

        小红：就你这样长的太丑了，还是算了吧。

这个例子就是确认应答机制，怎么理解呢，

小红对小明的请求进行了回复（ACK），就说明小明的请求小红收到了。

到此故事结束。

序号与确认序号

Tcp是传输控制协议，发送数据需要先将数据交给tcp的发送缓冲区，可能会将数据拆分一个一个包。交给操作系统，系统在发送，在到达对端的时候要保证包的顺序要和发送前一致，所以必须要有序号来标识每个包。

Tcp是面向字节流的，他会对每个字节进行编号，ACK返回时，确认序号 = 序号 + 1，为了告诉发送者，下次该从哪个字节开始发。

这里可能就有一个问题了，可能有人觉得确认序号就是一个摆设，明明一个序号就能搞定的事，还整一个确认序号。

但是在捎带应答的场景下一个序号就不够用。

捎带应答

捎带应答就是，在ACK向发送者返回时，碰巧接受者也想向发送者发送信息，那么这两条报文就会合二为一，因为ACK就是一个报头，他没有数据，碰巧我正想发送数据，在ACK加上数据不就是两全其美了吗。

在这种情况下，序号表示发server送包的顺序，确认序号表示clint下次发送开始的位置。

3.超时重传机制

这也是tcp保证可靠性的一种方式，在一段时间内，如果没收到ACK就会，重新发送一次数据。

没有收到应答是有两种可能1.真的丢包了  2.包收到但ACK丢了，这种情况就需要tcp把收到序号相同的包直接丢弃。

这个特殊的时间间隔是根据网络状况动态计算的。

4.Tcp连接管理

三次握手

客户端状态转化:

[CLOSED -> SYN_SENT] 客户端调用connect, 发送同步报文段;

[SYN_SENT -> ESTABLISHED] connect调用成功, 则进入ESTABLISHED状态, 开始读写数据;

三次握手是保证可靠性的不是三次握手连接100%能建立成功

前两次握手报文丢失，客户端和服务端的服务器状态都不是ESTABUSHED，超时重传即可。

但是最后一次握手ACK发出去的时候客户端就认为自己连接已经建立成功了，如果这个ACK丢失，服务器连接没建立成功，客户端认为自己连接建立成功，客户端直接向服务器发送数据了，这时候服务器会向客户端发送RST报文（reset）重新进行三次握手。

为什是三次握手

。

1.三次握手双方都有一次完整的收发，保证了网络是健康的 而且 双方都是全双工的。

2.保证了双方的Tcp都是愿意通信的，SYN就相当于客户端对服务器说你愿意和我通信吗？ ACK就是我愿意

四次挥手

在这里补充一下，三次握手和四次挥手都是通讯细节，这些都是操作系统的工作。

服务端状态转化:

[ESTABLISHED -> CLOSE_WAIT] 当客户端主动关闭连接(调用close), 服务器会收到结束报文段, 服务器 返回确认报文段并进入CLOSE_WAIT;

[CLOSE_WAIT -> LAST_ACK] 进入CLOSE_WAIT后说明服务器准备关闭连接(需要处理完之前的数据); 当服务器真正调用close关闭连接时, 会向客户端发送FIN, 此时服务器进入LAST_ACK状态, 等待最后一个 ACK到来(这个ACK是客户端确认收到了FIN)

[LAST_ACK -> CLOSED] 服务器收到了对FIN的ACK, 彻底关闭连接.

客户端状态转化:

[ESTABLISHED -> FIN_WAIT_1] 客户端主动调用close时, 向服务器发送结束报文段, 同时进入

FIN_WAIT_1;

[FIN_WAIT_1 -> FIN_WAIT_2] 客户端收到服务器对结束报文段的确认, 则进入FIN_WAIT_2, 开始等待服务器的结束报文段;

[FIN_WAIT_2 -> TIME_WAIT] 客户端收到服务器发来的结束报文段, 进入TIME_WAIT, 并发出LAST_ACK;

[TIME_WAIT -> CLOSED] 客户端要等待一个2MSL(Max Segment Life, 报文最大生存时间)的时间, 才会 进入CLOSED状态

问题：客户端关闭连接，服务器还能给客户端发消息吗？

答案是可以的 ，tcp是有接受和发送两个缓冲区的，一般情况下关闭连接直接close(fd)两个缓冲区会直接关闭，但shutdown接口是可以只关闭一个缓冲区的。

参数how，设置为SHUT_RD关闭接受缓冲区，SHUT_WR关闭发送缓冲区，SHUT_RDWR关闭接受和发送两个缓冲区。

 理解TIMEWAIT

先启动一个服务，然后ctrl + c将服务终止，在将服务启动，我们会发现，bind竟然失败了。 

这是因为Tcp规定，主动关闭连接的一方要等待两个MSL（maximum segment lifetime）时间在从TIMEWAIT状态变为closed。

可以使用cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_fin_timeout 查看MSL时间，默认60秒。

这么做的目的是为了防止，服务器关闭了，却还有报文在网络中传输。

如果服务器立马重启，收到了这种报文不就出问题了吗，这种报文已经过期了，丢掉都一点都不可惜。

在server的TCP连接没有完全断开之前不允许重新监听, 某些情况下可能是不合理的。

使用setsocketopt接口可以解决这种问题。

int opt = 1;
::setsockopt(_listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR | SO_REUSEPORT, &opt, sizeof(opt));

理解CLOSE_WAIT状态

服务器启动，客户端与服务器建立连接，客户端退出。

查看服务器连接的状态，发现有很多的CLOSE_WAIT连接，出现这种情况就是服务器忘记关闭文件描述符了，导致四次挥手不能完成，连接的状态就卡在CLOSE_WAIT这里了。