网络编程

TCP Socket连接原理

Posted by CHuiL on April 6, 2019

connect()

在调用connect()函数的时候，会激发TCP三次握手，直到成功或者失败了才会返回，而且返回的失败中有 1、超时 2、收到RST（复位）响应，表示服务主机没有对应的端口进程在等待连接，硬错误； 3、若收到ICMP的主机不可达错误，是会想保存该错误信息然后当作超时处理在重新发送SYN分组，因为该错误时可能被修复的；

非阻塞connetc()

由于conncet()调用后需要等待一个RTT时间才能返回，这期间可以用来处理其他工作； 主要是配合select()来使用；connect()之后，将文件描述符设置进rwset中，因为连接成功后返回可读可写的socket；select即监听connect()是否完成，也监听已建立连接的socket是否可读可写，可通过设置对应的状态值来进行判断；在connect()返回后，还要判断连接是否成功；

bind()

bind()函数为socet绑定一个IP地址，端口地址或两者，如果不指定将有内核分配，ip地址为本机所在ip，端口随机分配临时端口；

listen()

listen()函数，让socket变为被动（成为服务器）接受连接，他有两个队列，分别是 1）未完成队列：表示接受到客户端的SYN分组，然后返回给SYN分组后建立的项（SYN_RCVD状态）；只到第三个报文到达或者超时为止（超时了应该就是不保留这个项，重新发送的时候在重写建立新的项） 2）完成队列：表示完成三次握手的项； 如果未完成队列满了，那么服务端tcp将对后续的SYN分组不做处理，即无视，让客户端去超时重传；

accept()

accept()函数，除去listen完成队列中的一个返回连接，并生成一个“已连接套接字”，区分与上面调用了lisnten的监听套接字，该套接字是在建立连接后创立，传输完成后关闭，监听套接字在服务器监听期间一直存在；若完成队列为空，那么该进程将会被阻塞；

非阻塞accept()

非阻塞accept()一般都是在select检查到有连接建立时，并且在已完成建立的队列里面有对应的项返回后，在直接调用accept()去获取，一般不会阻塞，但是考虑一种情况，就是select()返回后，客户端那边发送了RST报文断开了连接，然后已完成队列中对于断开的连接是直接去除掉该项的，此时若队列为空，那么accept将会阻塞，直到有新的连接建立；

close()

当我们调用close()函数之后，他会同时关闭该socket的读写，即不能在作为read和write的参数进行读写；而如果需要在写完数据之后关闭写半部，即发送一个fin给另一端，但同时还要能够接受剩余的数据，如接受另一端的EOF，此时就需要使用shutdown()函数； shutdown函数关闭socket的写半部，同时只要一调用就会立马发送fin分组；而close()只是将对该socket文件描述符的引用数-1，当文件描述符引用数为0时，才会发送Fin分组；

连接的过程

服务客户端正常启动的过程

  1. 服务端socket处于accept阻塞
  2. 客户端建立socket，然后调用connect()来与服务器建立连接，发送SYN，经历三次握手，在第二次握手后返回；
  3. 服务器在收到SYN后会在未完成连接中加入一项，然后返回ACK和SYN，等第三个报文到达后进入完成连接队列，在被accept()取出，服务器拿到已连接socket后进行处理，然后再尝试从accept中获取；
  4. 双方建立连接后开始传输数据

服务客户正常关闭

  1. 客户端这边率先close()掉套接字，从而使Tcp向服务端发送一个fin报文，进入TIME_WAIT1
  2. 服务端收到后发送ACK报文，进入CLOSE_WAIT()状态，客户端收到后进入TIME_WAIT2状态；
  3. 等待服务器close()后，服务端tcp发送一个fin报文后进入LAST_ACK状态
  4. 客户端收到后在发送ACK 报文，进入TIME_WAIT状态，服务端收到后正式关闭连接；

所以只要一端close()后底层就会发送一个fin报文；而调用后立即返回；

不正常关闭连接

不正常关闭,服务器进程关闭（服务器进程提前关闭了socket)

服务器子进程关闭，调用close(),发送fin并收到ack后，而客户进程由于一直阻塞在等待用户输入，所以当用户输入完毕，打算往服务端socket中写入数据时（此时客户端是处于CLOSE_WAIT状态，是可以继续写入的），由于服务器那边已经没有该socket了，也即在端口上没有监听的进程，所以会返回RST，该socket也就不能继续写了，写了内核会发送SIPIPE信号来终止进程（默认），如果捕获后返回用函数，则会返回EPIPE错误；读了会返回0（EOF）；

服务器主机断网

客户端在读写时陷入阻塞，直到不断的超时重传过一定的时间次数后返回错误（ETIMEOUT）；

服务器主机崩溃重启（关机，重启）

重启之后，由于之前tcp的所有连接信息都已经丢失，所以对客户端发来的请求由于找不到对应的socket，都会返回RST; 在服务器崩溃关机时，进程会关闭，就会调用close()，所以客户端将会受到fin报文，客户端可以使用select等复用技术来接收到这些信息；

参考

《Unix网络编程-第四章》