Unix网络编程卷一笔记

1.connect函数调用会激发TCP三路握手协议，调用失败返回以下三种情况：

1.TCP客户端没有收到SYN分节，返回ETIMEOUT错误。如果发送一个SYN分节，等待6s没有响应，再发送一个，等待24s没有响应，再发送一个，等待75s没有响应就返回本    错误。

2.如果对客户端SYN的响应是RST（表示复位），则表示该服务器主机没有进程在等待与之连接（1.服务器上没有监听套接字，2.服务器主动取消了与客户端的连接，3.接收到一个不存在的连接上的分节），返回ECONNREFUSED（硬错误）

3.如果客户端发出的SYN分节在中间某个路由器返回“destination unreachable”，持续发出SYN分节，75S后仍热未收到响应，返回EHOSTUNREACH 或者ENETUNREANCH

2.listen(int sockfd, int backlog);socket套接字建立时，默认是主动连接，调用了listen函数后由主动连接变为被动，指示内核应接收指向该套接字的连接，套接字状态由CLOSED      变为LISTEN状态。

内核为sockfd指向的套接字维护两个队列。一个未完成队列（incomplete connection dequeue），一个已完成队列（completed connection dequeue），两个队列之和等于backlog值。每当connect函数发起syn包时，系统在未完成队列创建一个新项然后响应三路握手的第二个分节，服务器的syn响应，同时捎带客户端的syn的ack，这个新建项一直保存到第三个分节到达或者超时。如果三路握手完成，就从未完成队列移到已完成队列队尾，当进程调用accpet时，把已完成队列的对头返回给进程，出于未完成队列的项状态为SYNC_RECVED,已完成队列的状态为ESTABLISHED。

3.close()函数会使套接字描述符引用计数减一，shutdown()产生一些列的Fin终止连接。

4.

1.TCP连接的建立

     

     设主机B运行一个服务器进程，它先发出一个被动打开命令，告诉它的TCP要准备接收客户进程的连续请求，然后服务进程就处于听的状态。不断检测是否有客户进程发起连续请求，如有，作出响应。设客户进程运行在主机A中，他先向自己的TCP发出主动打开的命令，表明要向某个IP地址的某个端口建立运输连接，过程如下：

     1）主机A的TCP向主机B的TCP发出连接请求报文段，其首部中的同步比特SYN应置1，同时选择一个序号x，表明在后面传送数据时的第一个数据字节的序号是x。

     2）主机B的TCP收到连接请求报文段后，如同意，则发挥确认。在确认报文段中应将SYN置为1，确认号应为x+1，同时也为自己选择一个序号y

     3）主机A的TCP收到此报文段后，还要向B给出确认，其确认号为y+1

     4）主机A的TCP通知上层应用进程，连接已经建立，当主机B的TCP收到主机A的确认后，也通知上层应用进程，连接建立。

 

2.TCP连接的释放

     

     在数据传输完毕之后，通信双方都可以发出释放连接的请求。释放连接的过程为如上图所示：

     1）数据传输结束后，主机A的应用进程先向其TCP发出释放连接请求，不在发送数据。TCP通知对方要释放从A到B的连接，将发往主机B的TCP报文段首部的终止比特FIN置为1，序号u等于已传送数据的最后一个字节的序号加1。

     2）主机B的TCP收到释放连接通知后发出确认，其序号为u+1，同时通知应用进程，这样A到B的连接就释放了，连接处于半关闭状态。主机B不在接受主机A发来的数据；但主机B还向A发送数据，主机A若正确接收数据仍需要发送确认。

     3）在主机B向主机A的数据发送结束后，其应用进程就通知TCP释放连接。主机B发出的连接释放报文段必须将终止比特置为1，并使其序号w等于前面已经传送过的数据的最后一个字节的序号加 1，还必须重复上次已发送过的ACK=u+1。

     4）主机A对主机B的连接释放报文段发出确认，将ACK置为1，ACK=w+1, seq=u+1。这样才把从B到A的反方向连接释放掉，主机A的TCP再向其应用进程报告，整个连接已经全部释放。

 

3.注意的问题

• 三次握手建立连接时，发送方再次发送确认的必要性
• • 主要是为了防止已失效的连接请求报文段突然又传到了B,因而产生错误。假定出现一种异常情况，即A发出的第一个连接请求报文段并没有丢失，而是在某些网络结点长时间滞留了，一直延迟到连接释放以后的某个时间才到达B，本来这是一个早已失效的报文段。但B收到此失效的连接请求报文段后，就误认为是A又发出一次新的连接请求，于是就向A发出确认报文段，同意建立连接。假定不采用三次握手，那么只要B发出确认，新的连接就建立了，这样一直等待A发来数据，B的许多资源就这样白白浪费了。
• 四次挥手释放连接时，等待2MSL的意义
• • 第一，为了保证A发送的最有一个ACK报文段能够到达B。这个ACK报文段有可能丢失，因而使处在LAST-ACK状态的B收不到对已发送的FIN和ACK报文段的确认。B会超时重传这个FIN和ACK报文段，而A就能在2MSL时间内收到这个重传的ACK+FIN报文段。接着A重传一次确认。
  • 第二，就是防止上面提到的已失效的连接请求报文段出现在本连接中，A在发送完最有一个ACK报文段后，再经过2MSL，就可以使本连接持续的时间内所产生的所有报文段都从网络中消失。

4.TCP的有限状态机

     连接的建立和释放所要求的步骤可以用一个有限状态机来表达，该状态机有11种状态。每一种状态中都存在一些合法的事件，当合法事件发生的时候，可能需要采取某个动作。当其他事件发生的时候，则报告一个错误。

状 态

描 述

CLOSED

关闭状态，没有连接活动或正在进行

LISTEN

监听状态，服务器正在等待连接进入

SYN RCVD

收到一个连接请求，尚未确认

SYN SENT

已经发出连接请求，等待确认

ESTABLISHED

连接建立，正常数据传输状态

FIN WAIT 1

（主动关闭）已经发送关闭请求，等待确认

FIN WAIT 2

（主动关闭）收到对方关闭确认，等待对方关闭请求

TIMED WAIT

完成双向关闭，等待所有分组死掉

CLOSING

双方同时尝试关闭，等待对方确认

CLOSE WAIT

（被动关闭）收到对方关闭请求，已经确认

LAST ACK

（被动关闭）等待最后一个关闭确认，并等待所有分组死掉

TCP建立与释放的变迁如图所示：

 

 

• 客户进程变迁的过程（粗实线）
• • 连接建立：设一个主机的客户进程发起连接请求（主动打开），这时本地TCP实体就创建传输控制快（TCB），发送一个SYN为1的报文，进入SYN_SENT状态。当收到来自进程的SYN和ACK时，TCP就发送出三次握手中的最后一个ACK，进而进入连接已经建立的状态ESTABLISHED。
  • 连接释放：设运行客户进程主机本地TCP实体发送一个FIN置为1的报文，等待着确认ACK的到达，此时状态变为FIN_WAIT_1。当运行客户进程主机收到确认ACK时，则一个方向的连接已经关闭。状态变成FIN_WAIT_2。当运行客户进程的主机收到运行服务器进程的主机发送的FIN置为1的报文后，应响应确认ACK时，这是另一个连接关闭。但此时TCP还要等待一段时间后才删除原来建立的连接记录。返回到初始的CLOSED状态，这是为了保证原来连接上的所有分组都从网络中消失了。
• 服务器进程变迁的过程（粗虚线）
• • 连接建立：服务器进程发出被动打开，进入监听状态LISTEN。当收到SYN置为1的连接请求报文后，发送确认ACK，并且报文中的SYN也置为1，然后进入SYN_RCVD状态。在收到三次握手最后一个确认ACK时，就转为ESTABLISHED状态。
  • 连接释放：当客户进程的数据已经传送完毕。就发出FIN置为1的报文给服务器进程，进入CLOSE_WAIT状态。服务器进程发送FIN报文段给客户进程，状态变为LAST_ACK状态。当收到客户进程的ACK时，服务器进程就释放连接。删除连接记录。回到原来的CLOSED状态。

5.Accept函数返回前连接终止

三路握手完成连接建立后，客户端却发来一个RST（复位），在服务器端看来，就在连接该由TCP排队，等着服务器进程调用Accept时RST到达，Accept返回ECONNABORTED，这时服务器忽略就行，再次调用Accept函数。

6.服务器进程终止（进程崩溃）

服务器进程崩溃后，会首先发送Fin到客户端，客户端read()函数返回EOF，客户端返回ACK和SNC，由于服务器进程已经崩溃，客户端会收到RST消息，这时套接字变为可读，read()函数返回-1，errno里面有错误码。

7.服务器主机崩溃

客户端TCP持续重传分节，试图从服务器上获得一个ACK，会在9分钟内重传12次，然后放弃。在read()函数返回错误ETIMEOUT，如果中间路由器出了问题，会返回EHOSTUNREACH或者EHOSTUNREACH。如果在重传期间服务器重启了，这时服务器由于丢失了所有连接信息，返回一个RST，客户端收到后read()返回ECONNRESET错误。

8.close()与shutdown()不同

1.close()函数调用后，套接字引用计数减一，只有当引用计数为0时，才会关闭套接字。shutdown()不管套接字计数激发TCP正常连接终止序列。

2.close()读和写同时关闭，shutdown()可控。

9.socket选项 KeepAlive

给一个TCP选项设置保持存活后，如果2小时内在该套接字任一方都没有数据交换，TCP就自动给对端发送一个保持存活探测分节，这是一个对端必须响应的分节，会导致如下三种情况：

1.对端以期望的ack响应，在又经过无动静的2小时后，TCP发送另一个分节。

2.对端以RST响应，告知本端，对端已崩溃，返回错误ECONNRESET，套接字本身关闭。

3.对端对保持存活探测分节没有任何响应，TCP继续发送8个分节，11分15秒后放弃。

10.Linger