Posix API与网络协议栈

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posix API

tcp网络编程主要学习的几个点，网络的api

socket

意思是插座，两部分组成，fd（文件描述符），tcb（tcp control block）tcp控制块，是协议栈里边的
任何文件的文件描述符fd，是从3开始的，因为0,1,2是系统的标准输入输出报错，比3小的已经被系统占有了

bind;

五元组(remoteip, remoteport, localip, localport, proto),最后一个参数是协议类型，bind绑定时，用来填充本机的ip与端口
socket与bind在tcp这段是做准备的，属于本地的操作与外界没有关系

TCP三次握手过程

客户端 服务端

这个问题，为啥会是三次，就是为了确保双向通信
握手的过程中，服务端这边是被动的，第一次握手，服务端接收到一个包，从整个数据包里边解析出一个五元组，从而构建出一个节点叫tcb，这个时候会把它加入到一个队列里边，叫半连接队列，也叫syn队列
第三次握手，服务端收到的数据，先查找半连接队列，如何去查找呢，通过五元组查找
半连接与全连接建立的前提是，先进入listen的状态，半连接队列里边所有tcb的状态是SYN RCVD的状态
全连接队列的时候，连接已经建立完了，然后调用accept生成clientfd
listen(fd,backlog);backlog指的是没有分配clientfd的tcb的总数，也就是半连接与全连接队列的长度之和，还有一种理解，全连接队列有多长，backlog就有多长。
服务器的端口有65535，如何做到百万级别的连接的呢
端口复用，fd—>tcb,通过五元组区分，五元组决定一个tcb，一个连接一个tcb。

数据发送

send与recv
send把应用空间的数据拷贝到协议栈里边去，拷贝到sendbuff里边去，然后协议栈加上tcp的头，以及各种协议的头，然后发送出去
recv，将接收的数据从内核协议栈的recvbuff，发送给应用层app
recvbuf在接收数据的时候，发送数据，有个push的标志位，置为1会通知对方来读
关于send发送的数据，要考虑粘包与分包的问题
有两种方式，在协议头加上这个包有多长，以及在包之间发分隔符，这两个方法能成功，有一个条件就是包是顺序的

那么tcp如何保证顺序的，顺序就是先发先到
有一个概念叫延迟ack，数据包是确定的，我们发10个包，第一个发过来，每隔发一个包，启动一个延时定时器，比如200ms，200ms之内发送完后，发一个包重置定时器。
如果200ms到了还没发出去，产生超时，对方没收到怎么回ack，就回4，意思就是在4以前，不包含4，以前的1,2,3都收到了，4进行重发
这个延迟ack的方式是在什么地方呢，在tcp的协议栈中做的

connect

我们再来说说，connect的函数，到底要不要等呢，是要等三次握手完成之后呢，还是说不要等，它等不等取决于刚开始创建的socket，有没有设置为阻塞的。socket创建的时候，就已经把fd与tcb就已经创建好了

fcntl();做了什么呢，跟协议栈没半毛钱关系，只跟fd有关系，设置fd的属性比如阻塞与非阻塞，是文件系统这一层。

udp

tcp都做的这么好了，为啥还要udp呢
tcp在弱网的环境下，大量的数据传输，是不合适的，因为丢包的时候，也会有大量的包进行重传。也无法保证实时性
udp的实用场景，比如说游戏，还有迅雷，百度网盘的下载速度限制

断开连接的过程

应用层这边只有一个函数close();
调用close这个函数的时候，会给内核协议栈发一个fin位，使得fin位置1，然后把fin包发输出去，然后接收方也会让recv函数返回0，然后准备一个ack的包发回去
接收方也调用close函数，跟发送方一样，发一个fin包，最后接收到发送方的ack，最后老死不相往来，双方都进入time_wait,tcb被回收。

发送方 接收方
那么有没有那种情况呢，两边同时调用close，都发送了fin出去，这样就进入了一个closing状态，这种有，但是情况比较少。如果这样出现大量的time_wait，设置重用，设置reused，下一次再一次建立连接的时候，这个tcb还会拿出来使用。time_wait出现的原因是避免ack传输的丢失，双方会陷入一个死锁的状态，time_wait的时间是120s

进入fin_wait1后就会进入fin_wait2状态，接收方那边的内核也会进入close_wait状态
如果服务器出现了大量的close_wait状态，也就是接收方没有调用close，也可能使用业务逻辑问题，在代码中也就是recv=0的返回到close的过程太远，解决办法有，要么先调用close，要么就把期间业务抛到一个消息队列里边，让线程池去处理。

还有一个问题就是，比如在http的请求中，请求一个第三方的业务，这里出现了一个现象，出现了一个fin_wait2,并且一直卡在这里，怎么办呢
通过何种方法去脱离fin_wait2的状态
只有再等两分钟，服务器那边没有响应的时候，fin_wait2这一段会终止掉