TCP报文

1、IP数据包的格式
包含的信息：
版本、首部长度、总长度
标识、标志、偏移量（这些在分片时会用到）
生存时间（8位，最大255，表示在因特网中最多经过的路由器的数值为255，当为1时只能在局域网中传播）、协议（标明ICMP、IGMP、TCP、UDP等）、首部校验和
源地址、目的地址
2 UDP数据报的格式
源端口号、目的端口号、长度、校验和
3 TCP
源端口、目的端口、{数据偏移，选项（MSS）}长度、检验和
序号、确认号、6个控制位（ACK、FIN、SYN、URG、PSH、RET）
窗口（接收窗口，接收方允许发送方发送的数据量）

解释一个名词：MSS（最大报文段长度）数据段的最大长度，不包括首部长度，，默认是536，加上20字节的头部，256

TCP报文

序号：指出段中数据在发送端数据流中的位置。

当发送syn标记时将消耗一个序号；

2，  发送fin标记时将消耗一个序号；

3，  数据是每个字节一个序号；

确认号：指出本机希望下一个接收的字节的序号。
头长：指出以32比特为单位的段头长度。它是针对便长的“选项”域设计的。
码位：有些报文段是用于传输数据的，但有些报文段仅仅携带了确认信息，另一些报文段携带的是建立和关闭连接的请求。它使用“码位”来指出段的目的与内容。这6个比特各位的意义如图：
0                           URG,紧急指针字段可用
1                           ACK,确认字段可用，只有当ACK=1时，确认序号字段才有意义
2                           PSH,本报文段请求急迫(PUSH)操作
3                           RST,连接复位
4                           SYN,序号同步，用于建立连接中的同步，当SYN=1，而ACK=0时，是一个连接请求，对方赞成连接则在返回的报文中使SYN=1， ACK=1；SYN=1默认这是一个连接请求或毗邻接管报文而ACK用来区分是那种报文。
5                           FIN,发送方字节流结束FIN=1注解欲发送的直接串发完。并请求断开连接。

由于有时发送方希望终止操作，不想接收方接收完所有的比特。如远程主机上的程序错误时就需要这种信号。TCP将数据指定为“紧急”型，接收方收到这种数据后，会不必排队而尽快通知应用程序。URG比特为1时，表明它是紧急的，其中的“紧急指针”指出了紧急数据在报文段中的结束位置。
当所有的紧急数据消失之后，TCP软件会告诉应用程序恢复正常的操作状态。PUSH位提供了数据强迫传输机制，以强迫传输当前流中的数据，而不必等待缓冲区满。远程登录中，终端的击键信号就是用PUSH操作来提供的。
窗口(滑动窗口)：用于通知接收端接收缓冲区的大小。
理解TCP的面向连接特性：
一条TCP连接是一条虚电路，它通过主机IP地址和端口号来标识一条连接。如(192.168.2.37,21;192.168.2.30,21)就标识了一条TCP连接。所以两个程序可以共享主机上的同一端口，因为连接不同。
连接的建立和拆除需要得到对方的认可，而UDP中，一方发送数据是不需要得到对方的认可的。
连接能保持状态并实现可靠性，而无连接不能保持状态。一般来说，控制信息是通过TCP来传递的。
它是在无连接的协议，IP协议之上来实现面向连接的。

4 TCP的连接和释放过程

客户机A开始处于CLOSED（关闭状态）
服务器开B始CLOSED，后进入listen（收听）状态，等待客户连接请求
A向B发送SYN=1，A的序列号为seq=x的连接请求报文段，不携带数据，但消耗一个序列号
此时A进入到SYN-SENT（同步已发送）状态

B收到后，向A发送确认信号，SYN=1，ACK=1，ack=x+1，seq=y，不携带数据，但消耗一个序列号
此时B进入到SYN-RCVD（同步收到）状态

A收到后，还要给B发送确认（ACK=1，ack=y+1，seq=x+1），不携带数据不消耗，携带数据消耗序列号
A进入到ESTABLISHED（已建立连接状态）

B收到确认后进入（ESTABLISHED）
这里有一个问题：
为什么A还要向B发送一个确认信号

防止已经失效的A的连接请求又发送到B，B以为A要建立连接，就一直等待A发数据，但A没有这样的请求，就不会理B的确认信号，这样导致B资源浪费

TCP连接的释放
A主动关闭TCP连接，A发送连接释放报文，FIN=1，seq=u，不携带数据也消耗序列号
A进入到FIN-WAIT1（终止等待1）

B收到后向A发出确认，ACK=1，seq=w，ack=u+1
B进入到CLOSE-WAIT（关闭等待）
A收到确认后进入FIN-WAIT2（终止等待2）

此时TCP连接处于半关闭
A已经没有数据发送了，但是B发送数据A任然要接收
B发送完数据后
B发送释放连接数据报，FIN=1、ACK=1，ack=u+1，seq=w（B必须重复上次发送过的确认信号），此时B进入到（LAST-ACK）状态
A向B发出确认信号（ACK=1，ack=w+1，seq=u+1），A进入到TIME-WAIT（时间等待）
B收到后CLOSED
A经过2MSL（最长报文段寿命）也结束

这里问题
1 为什么要设置2MSL
1》
为了保证A发送的最后一个ACK可以到达B，ACK可能丢失，B收不到就会超时重传FIN+ACK，A能在2MSL收到这个重传的信号，重新发出ACK启动计时器
2》
防止已失效的报文段出现在本连接中，2MSL所有报文段都会消失

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套接字SOCKET

大体流程：
服务器：调用函数socket创建一个套接字，函数bind将这个套接字与服务器的公认地址绑定，
listen将这个套接字转换成倾听套接字，然后调用accept来等待接受客户机的请求
客户机：调用函数socket创建一个套接字，调用connect与服务器建立连接
最后二者之间通过读写套接字来通信

具体：

socket：参数：协议簇（AF_INET）Internet(TCP/IP)
类型：SOCKET_STREAM
SOCKET_DGRAM
协议：0，默认协议

linux系统中套接字的操作主要是：在内核中创建一个套接字数据结构，然后返回一个套接字描述符标志这个套接字数据结构，这个结构中包含连接的各种信息，对方的地址，TCP状态，发送和接收缓存区

函数bind将本地地址与套接字绑定在一起
服务器和客户机都可以调用函数bind来绑定套接字地址，但一般是服务器调用函数bind来绑定自己的公认端口，一般不指定IP，表示愿意接收来自任何网络接口的客户机连接，意思是有多个网络接口的机器，来自任意一个网络接口的数据都可以接收。

客户机不用指定自己的套接字地址的端口号，当客户机调用函数connect进行TCP连接，系统会自动为他分配一个未用的端口号的，一般不要指定特定的端口号

listen
将一个套接字转为倾听套接字

由于socket创建的套接字是主动套接字，可以用它来进行主动连接，但是不能接受连接请求，而服务器的套接字必须能接受客户机的请求，listen将主动套接字转换成一个被动套接字

其中还包括一个重要的参数，请求队列的长度，backlog表示这个套接字能够接受的最大数目的未接收的连接（已经完成三次握手，但还没有被应用程接收处理）

accept
函数accept从倾听套接字的完成连接队列中接收一个连接
由于倾听套接字是专为接收客户机连接请求，完成三次握手而用的，所以TCP协议不能使用倾听套接字的标志描述这个连接，
意思就是返回一个新的套接字描述符，来标志这个连接，与客户进行通信

connect
指定与服务器信息相关的socket
客户机不用指定自己的套接字地址的端口号，当客户机调用函数connect进行TCP连接，系统会自动为他分配一个未用的端口号的，一般不要指定特定的端口号
1024-5000之间

close
调用了函数close进程将不能访问这个套接字，但是不表示TCP协议删除了这个套接字，TCP将继续使用这个套接字，将尚未发送的数据传递到对方，然后发送fin数据段，执行关闭，之后才删除这个套接字

read write
里想说明下缓存区

从网络上读、写的数据操作是由TCP协议在内核中完成的，然后TCP套接的缓存区，从内核中接收数据放在自己里面，read，write则从套接字的缓存区中，将数据拷贝到用户缓存区

这里buff的参数也是用户缓存区的参数

readline一次读取一个字符，检测这个字符是否有回车符，如果是，返回，读取了一行
read是系统调用，每次执行需从内核拷贝到用户缓存区，一次拷贝一个效率低的很
为了提高效率，read_line调用函数get_char来读取一个字符，由函数get_char从内核读取数据
get_char调用函数read一次从内存读取一块数据，保存在静态缓存区中，read——line调用getchar读取一个字符时，检查静态缓存区，没有在从内存读

UDP连接
服务器首先调用函数socket建立一个数据报类型的套接字，调用bind绑定端口，然后调用recvfrom接收UDP客户机的数据

 

recvfrom
可以再参数中获得发送者的地址
sendto
可以再参数中指定接收者的地址

因为UDP是非面向连接的，所以系统不再套接字结构中记录接收者的地址信息，需要在每次调用发送函数sendto时指定接收方的地址
接收数据包时，如果需要知道发送者的地址，可以再接收函数recvfrom中提供空间，由内核来填充，不需要，则这个参数置0即可

UDP协议没有为udp套接字设置发送缓冲区，函数sendto将数据从用户缓冲区拷贝到系统缓冲区，也可以说UDP缓冲区只要一个缓冲区大小，这个大小用来限制可以发送的最大UDP数据报的大小
但是有接收缓冲区队列

UDP允许接收空数据报，此时函数recvfrom的返回值为0
TCP中读操作返回0，表示读到了文件结束符，表示对方结束发送了

服务器是循环服务器
UDP服务器与客户机没有固定的连接，UDP服务器能够交替的处理多个客户机的请求，前后两次循环处理的可以使来自不同客户机的请求，一个UDP客户机崩溃，不会照成服务器服务失效
TCP客户机可以独占服务器，服务器只能处理完一个客户机的请求，在处理下一个，当一个客户机主机崩溃时，可能照成服务器的服务失效

服务器无法获得自己的IP（除非绑定时，设置本地IP）
客户机不用建立连接
应用程序首次调用sendto时，udp协议为之分配一个自由端口，这个端口号在整个通信过程中都不变，不存在本地IP，这个地址在IP协议发送数据报时，根据路由情况选择，然后填充到UDP数据报的首部，所以数据报们，使用相同的端口，但IP可能不同

客户机可以接收来自任何主机的数据报，只要这个主机知道他的本地端口号，所以客户机要检查发送过来的数据报的发送者，只接受服务器的