Unix环境下网络编程核心API

1. socket
2. bind
3. listen
4. accept
5. recv
6. send
7. close
8. connect

• 无论是java、python、go，底层一定会调用这些API
• strace ./out 追踪系统调用
• 《tcp/ip详解》《unix环境高级编程》

UDP简单回顾

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memcpy(buffer, "hello", strlen("hello"));
sendto(buffer);
// udp报文： ethdr + iphdr + udphdr + "hello" , udp只发送这个，能不能到对方不管
// udphdr: sport, dport, length, crc 

TCP三个阶段

1. 建立连接
2. 传输数据
3. 断开连接

建立连接

TCP头与三次握手

• 每个TCP包都带了TCP头

• Source port：源端口
• Destination port：目的端口
• Sequence Number：序列号
• Acknowlegment Number：确认号
• CWR、ECE、ACK、SYN…：标志位
• Window Size：窗口大小
• TCP Checksum：校验值
• Urgent Pointer：紧急指针
• Options：可选

三次握手举例

1. 客户端->服务端，SYN同步标志位置1，序列号1234（由客户端随机）
2. 服务端->客户端，SYN同步标志位置1，序列号4567，ACK确认位置1，确认序列号1235（说明1235号之前的序列都已确认）
3. 客户端->服务端，ACK确认位置1，确认序列号4568（说明4567号之前的序列都已确认）

组包时TCP Checksum一定要memset 0，有脏数据会导致对端收不到数据

三次握手与Posix API

1. server：listen accept
2. client：connect

bind：

• socket() -> 插座
• fd -> tcb
• bind -> fd, tcb(ip, port) 没有改变tcb状态，仍然是closed，只是绑定了ip和port

listen:

• 由listenfd->tcb
• tcb->listen

connect:

• 由connectfd->tcb
• 发送syn
• server对端收到syn，在syn queue上创建tcb

accept:(阻塞IO)

• while(accept queue==empty){
• pthread_cond_wait()
• }
• *tcb = get_tcb_from(accept queue) // 从syn queue move过来
• clientfd = get_fd_fdtable()
• tcb -> clientfd
• return clientfd

如何通过网络数据包找到对应tcb

• 通过五元组(sip，dip，sport，dport，proto)，五元组可以唯一标识一个连接

三次握手与TCP状态迁移

• 蓝色为状态
• 黑色为触发状态迁移条件

传输数据

• 在传输数据层面，是没有client和server之分的

send与recv的底层逻辑

• send: 将数据从app层拷贝到kernel的tcb中，至于如何发送，怎么发送，会不会到达，send是不关心的，返回成功仅仅代表拷贝成功，实际传输由协议栈自己进行。
• recv：将数据从kernel的tcb中拷贝给app，至于怎么收到，是否完整，recv是无法感知的。

send与recv是没有长度的

• tcp报文中是没有指定数据长度的，所以多次send，有可能只recv一次，或者一次send可以recv多次。tcp只保证顺序正确并不保证长度。udp是有长度的。mtu值和send的长度没有关系。
• tcp如何分包？1.报文加入length；2.加入\r\n等分隔符用于分割

如何确保对端收到了数据？

• 唯一做法：对端发送确认包，因为send无法感知是否对端收到了数据，那么只能应用层加入对端发送的确认包。

seqnum与acknum的单位

• seqnum与acknum的单位是字节数，而不是包编号，所以acknum-seqnum就可以得到字节数，所以tcp包不需要长度这个段。

连接断开

• 仅涉及close这个函数，shutdown历史原因几乎不用了

tcp四次挥手

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void *client_thread(void *arg)
{
	int clientfd = *(int*)arg;
	while(1){
		int ret = recv(clientfd, buffer, BUFFER_LENGTH, 0);
		// 被动断开处理
		if(ret == 0){
			close(clientfd);
			break;
		}
		printf("ret: %d, buffer: %s\n", ret, buffer);
		send(clientfd, buffer, ret, 0);
	}
}

TCP四次挥手与状态转移

• 假设出现大量close_wait是什么原因？：因为没有及时调用close()，需要查看recv() == 0时代码是如何处理的，是否出现了调用close之前有耗时的清理操作？解决：recv后立马close，将清理操作做到其他线程或线程池里。
• 双方同时调用close: 双方都会进入time_wait状态，就没有last_ack了
  
• 假设出现了很多fin_wait_2状态?: 因为对端没有即时调用close()，解决：设定超时，超时强行进入time_wait状态