1 POSIX 网络API

网络编程常用的API：

2 IO函数的内部过程分析

2.1 Socket

socket作为网络编程的第一个函数，主要作用是用于创建句柄和对应的TCB控制块；建立起文件描述符和内部控制块的对应关系，类似与插座和槽的关系。TCB主要包括关系信息有网络的五元组（sourceip, sourceport, dstip, dstport, proto）确定一个具体的网络连接。

2.2 BInd

bind函数：在接收端或者发送端主要作用是用来填充本地的ip和端口号。这里需要注意的是：0.0.0.0表示本机的任意网卡ip。所以对于单网卡或者不需要关注绑定到固定网卡，也可用0.0.0.0:port方式。
bind：接收或者发送数据，用来填充本机的ip和端口。

2.3 listen/connect/accept

listen/connect/accept三个函数和三次握手有关，这里放到一起进行描述。当客户端调用connet函数时表示开始进入三次握手，当服务端收到syn包后，listen函数会在内核协议栈为新的客户端创建一个TCB块同时将其加入到半连接队列。客户端收到对方的ACK和Syn包后会回复一个ACK这时候客户端就会认为整个连接已经建立；服务端收到ACK后会将半连接队列的TCB数据移动到全连接队列；当服务端调用accept会在全连接队列有数据时被触发，同时返回客户端的文件句柄和对方的ip端口；这时候TCB一个完整的五元组被构建好，服务端和客户端连接成功。具体如下图所示：

注意点：
1. 三次握手为啥是三次?
一个完整的TCP连接需要双方都得到确认，客户端发送请求和收到确认需要两次；服务端发送请求和收到确认需要两次，当中服务回复确认和发送请求合并为一次总共需要3次；才能保证双向通道是通的。

2. 百万连接是如何做到的?
一个服务器的端口数是65535，为何能做到一百万的连接，主要是因为一条连接是由五元组所组成，所以一个服务器的连接数是五个成员数的乘积。例如：客户端ip：100，客户端port：100，服务端ip：10，服务端port：100，协议：tcp。总的连接数可以达到：10000000连接数。
3. DOS攻击怎么解决?
DOS攻击就是利用三次握手的原理，模拟客户端只向服务器发送syn包，然后耗尽被攻击对象的资源。比较多的做法是利用防火墙，做一些过滤规则。

2.4 send/recv

send和recv在连接生命周期中占用的时常最长，主要负责数据的收发。send函数负责将数据拷贝到内核，内核协议栈主要是利用TCB中的发送缓冲区进行数据缓存，然后根据内核自己的策略决定何时将数据发送。接收端数据也是先到达TCB的接收缓冲区，然后才是通过recv拷贝到用户空间。

注意点：
1. 接收数据的黏包问题如何解决？
一种是利用包头上添加一个数据包长度的字段，用于数据的划分；
另一种是在包的尾部添加分隔符，用于数据的划分；
2. 如何保证接收数据的顺序到达？
顺序到达是由于TCP的延迟ACK的机制来保证的，TCP接收到数据并不是立即回复而是经过一个延迟时间，回复接收到连续包的最大序列号加1。如果丢包之后的包都需要重传。在弱网情况下这里就会有实时性问题和带宽占用的问题；
3UDP优势？
UDP在实时性要求高的场景和弱网情况下较TCP更具有优势。目前竞技类游戏实时性要求高的行业，音视频通话及小数据量交互等场景下UDP使用得比较多。

2.5 Close

close函数是最简单的一个函数，但是断开连接也是状态机也是最为复杂的。close过程涉及到四次挥手的全过程。首先是客户端调用close，内核开始进入四次挥手阶段，首先是发送fin包，自己先进入fin_wait_1状态，然后对方回复ack，进入close_wait状态；这时主动方进入fin_wait_2阶段，等待对方发送fin信息，被动方发送fin后自己进入last_ack状态，主动方发送ack进入time_wait状态。
整个过程比较复杂。
1. 正常情况下一方调用close情况如下图：

2. 当双方同时调用close，如下图:

注意点：
1. Fin_wait_1作用？
等待对方回复，超时自动重发fin。
2 Fin_wait_2作用？
等待对方业务逻辑处理后，发送fin包。这里有可能出现死等待的情况服务器如果出现大量的Fin_wait_2可能需要考虑是不是没有close，或者close之前做了耗时操作。
3 time_wait 作用？
防止最后一个ACK没有顺利到达对方，超时重新发送ack。time_wait时常一般是120s可以修改。
4 服务器掉线重启出现端口被占用怎么办？
其实主要是由于还处于time_wait状态，端口并没有真正释放。这时候可以设置SO_REUSEADDR属性，保证掉线能马上重连。

标签：发送,API,POSIX,原理,close,客户端,TCB,服务端,wait
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