TCP网络连接的书写

Posted 2023-04-11 assibe

TCP网络连接的书写

文章目录

• TCP网络连接的书写
• • 服务器端书写
  • • 进程sock创建
    • 创建bind进行端口绑定(进行bind的初始化)
    • 监听socket
    • 获取链接
  • 用户端
  • • 创建sock套接字
    • connect进行连接

服务器端书写

为TCP是面向连接,所有需要进行对于端口进行监控，另外的UDP的服务器就不需要进行端口的监控（面向字节流的）

进程sock创建

int listensock_ = socket(PF_INEF,SOCK_STREAM,0);

创建bind进行端口绑定(进行bind的初始化)

struct sockaddr_in local;
memset(&local,0,sizeof(local));
local.sin_family = PF_INEF;
local.sin_port = htons(port_);
ip_.empty() ? (local.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY) : (inet_aton(ip.c_str,&local.sin_addr));//这里的IANDDR_ANY云服务器独有的
bind(ListenSock_,(const struct sockaddr*)&local,sizeof(local));

这里要特别注意sockaddr与自己创建的sockaddr_t的区别，sockaddr_t为程序员使用的结构体，sockaddr为系统的使用的结构体。sockaddr_t区分了端口号与ip等网络的设置
因为许多的云服务器不一定都是一台主机对于一个ip地址，所有没有办法分辨相应的具体的ip使用。

监听socket

因为TCP是面向连接，所以相应进行端口监听

listen(listen(listenSock_,5));

5的规定了内核应该为相应套接字排队的最大连接个数。用SOMAXCONN则为系统给出的最大值，这里是阻塞示进行等待获取到连接端口的信息就会返回。获取链接

获取链接

使用accept进行获取一个新的sock fd（新的网络套件字），这个套件字使用进行文件的传输。（这个fd是全双工的）

struct sockaddr_in peer;
socklen_t len = sizeof(peer)''
int serviceSock = accept(listenSock_,(struct sockaddr*)&peer,&len);

uint16_t peerPort = ntohs(peer.sin_port);
std::string peeerIp = inet_ntoa(peer.sin_addr);

这里面的peer是输出型参数,储存用户端ip以及端口号，用户端的端口可以不固定，但是服务器的IP和端口一定要固定，防止客户端访问不到服务器的内容。

这里获取的是网络序列的数据，需要转换成为主机序列。（ntohs与inet_ntoa的用法基本相同，只不过转换的东西不同，一个是端口号，一个是IP号）。

用户端

使用者的不同会造成不同的书写方法。

创建sock套接字

int scok = socket(AF_INEF,SOCK_STREAM,0);

connect进行连接

连接服务器需要进行connect，而且系统会自动进行bind（会自动进行分配端口），因为客服端不需要固定的端口进行操作，所以端口不固定。

struct sockaddr_in server;
server.sin_family = AF_INET;
server.sin_port = htons(serverPort);

memset(&server,0,sizeof(server));//清空server所以的东西

获取链接之后，就可以使用sock fd进行数据的操作。

网络通信——TCP “三次握手““四次挥手“ 详解

TCP三次握手和四次挥手是面试题的热门考点，它们分别对应TCP的连接和释放过程

前言

TCP三次握手和四次挥手是面试题的热门考点，它们分别对应TCP的连接和释放过程

1.TCP通信包含那几步？

TCP通信过程包括三个步骤：建立TCP连接通道，传输数据，断开TCP连接通道

上图主要包括三部分：*建立连接、传输数据、断开连接。*

1. 建立TCP连接很简单，通过三次握手便可建立连接。
2. 建立好连接后，开始传输数据。TCP数据传输牵涉到的概念很多：超时重传、快速重传、流量控制、拥塞控制等等。
3. 断开连接的过程也很简单，通过四次握手完成断开连接的过程

2.三次握手建立连接

第一次握手： 客户端发送syn包(seq=x)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=x+1)，同时自己也发送一个SYN包(seq=y)，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=y+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。

3.传输数据过程

1. 超时重传 超时重传机制用来保证TCP传输的可靠性。每次发送数据包时，发送的数据报都有seq号，接收端收到数据后，会回复ack进行确认，表示某一seq 号数据已经收到。发送方在发送了某个seq包后，等待一段时间，如果没有收到对应的ack回复，就会认为报文丢失，会重传这个数据包。
2. 快速重传 接受数据一方发现有数据包丢掉了。就会发送ack报文告诉发送端重传丢失的报文。如果发送端连续收到标号相同的ack包，则会触发客户端的快速重 传。比较超时重传和快速重传，可以发现超时重传是发送端在傻等超时，然后触发重传;而快速重传则是接收端主动告诉发送端数据没收到，然后触发发送端重传。
3. 流量控制 这里主要说TCP滑动窗流量控制。TCP头里有一个字段叫Window，又叫Advertised-Window，这个字段是接收端告诉发送端自己 还有多少缓冲区可以接收数据。于是发送端就可以根据这个接收端的处理能力来发送数据，而不会导致接收端处理不过来。滑动窗可以是提高TCP传输效率的一种机制。
4. 拥塞控制 滑动窗用来做流量控制。流量控制只关注发送端和接受端自身的状况，而没有考虑整个网络的通信情况。拥塞控制，则是基于整个网络来考虑的。

4.四次挥手断开连接

第一次挥手： 主动关闭方发送一个FIN，用来关闭主动方到被动关闭方的数据传送，也就是主动关闭方告诉被动关闭方：我已经不会再给你发数据了(当然，在fin包之前发送出去的数据，如果没有收到对应的ack确认报文，主动关闭方依然会重发这些数据)，但此时主动关闭方还可以接受数据。

第二次挥手：被动关闭方收到FIN包后，发送一个ACK给对方，确认序号为收到序号+1(与SYN相同，一个FIN占用一个序号)。

第三次挥手： 被动关闭方发送一个FIN，用来关闭被动关闭方到主动关闭方的数据传送，也就是告诉主动关闭方，我的数据也发送完了，不会再给你发数据了。

第四次挥手： 主动关闭方收到FIN后，发送一个ACK给被动关闭方，确认序号为收到序号+1，至此，完成四次挥手。

5.常见面试问题

【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挥手？

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。在Client发送出最后的ACK回复，但该ACK可能丢失。Server如果没有收到ACK，将不断重复发送FIN片段。所以Client不能立即关闭，它必须确认Server接收到了该ACK。Client会在发送出ACK之后进入到TIME_WAIT状态。Client会设置一个计时器，等待2MSL的时间。如果在该时间内再次收到FIN，那么Client会重发ACK并再次等待2MSL。所谓的2MSL是两倍的MSL(Maximum Segment Lifetime)。MSL指一个片段在网络中最大的存活时间，2MSL就是一个发送和一个回复所需的最大时间。如果直到2MSL，Client都没有再次收到FIN，那么Client推断ACK已经被成功接收，则结束TCP连接。

【问题3】为什么不能用两次握手进行连接？

答：3次握手完成两个重要的功能，既要双方做好发送数据的准备工作(双方都知道彼此已准备好)，也要允许双方就初始序列号进行协商，这个序列号在握手过程中被发送和确认。

现在把三次握手改成仅需要两次握手，死锁是可能发生的。作为例子，考虑计算机S和C之间的通信，假定C给S发送一个连接请求分组，S收到了这个分组，并发 送了确认应答分组。按照两次握手的协定，S认为连接已经成功地建立了，可以开始发送数据分组。可是，C在S的应答分组在传输中被丢失的情况下，将不知道S 是否已准备好，不知道S建立什么样的序列号，C甚至怀疑S是否收到自己的连接请求分组。在这种情况下，C认为连接还未建立成功，将忽略S发来的任何数据分 组，只等待连接确认应答分组。而S在发出的分组超时后，重复发送同样的分组。这样就形成了死锁。

【问题4】如果已经建立了连接，但是客户端突然出现故障了怎么办？

答：TCP还设有一个保活计时器，显然，客户端如果出现故障，服务器不能一直等下去，白白浪费资源。服务器每收到一次客户端的请求后都会重新复位这个计时器，时间通常是设置为2小时，若两小时还没有收到客户端的任何数据，服务器就会发送一个探测报文段，以后每隔75分钟发送一次。若一连发送10个探测报文仍然没反应，服务器就认为客户端出了故障，接着就关闭连接。

总结

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