【UNIX网络编程读书笔记】第二章 传输层 TCPUDP

TCP是一个字节流（byte-stream)协议，没有任何记录边界，这一点不同于UDP

TCP三次握手（结合程序）：

准备： 服务器passive open 服务器准备好接受外来的链接 调用socket(); bind(); listen()这三个函数完成

客户端active open 调用connect()主动打开（发送一个SYN分节（没有数据，告诉发送数据的开始序列号））；服务器确认 服务器确认（ACK）客户端的(SYN)这里应该就用到accept()了吧; 然后发回去SYN,ACK客户端确认 客户端确认服务器的SYN( connect()函数产生返回值 ),先发送ACK,然后发送数据， 服务端收到accept()函数的返回值，然后调用read()接受数据

TCP四次挥手（结合程序）：

客户端active close 调用close(),该端的TCP发送一个FIN分节，表示数据发送完毕。服务器passsive close 收到FIN( read()函数返回0 )由TCP确认(发回一个ACK)。他的接受也作为与一个文件结束符(EOF)传递给应用进程服务器FIN 接收到这个EOF的应用进程将调用close()关闭它的套接字，导致它的TCP也发出一个FIN信号客户端确认 客户端确认服务器的FIN

四次挥手可能成为三次，是因为2，3的ACK和FIN可能一起发送；

发送FIN是因为应用进程调用close()而发生的

序列号？

看到这里的时候发现有点混乱； 首先SYN和ACK是报文首部的内容；

ACK告诉对端自己期待接收到的下一个包的序列号，通常为最近收到的包的序列号 + 1

三次握手的时候： 第一次客户端向服务端发送的报文里的SYN标志位为1（标识该报文用来建立连接），整个包的序列号为client_isn（客户端的一个初始序列号）； 服务端收到之后返回一个包，报文首部里：SYN标志位为1（同理），ACK为client_isn + 1;整个包的序列号为server_isn（服务端的一个初始序列号）； 第三次表示连接已经建立，所以发送的包里面SYN设置为0，ACK为server_isn + 1；整个包的序列号为client_isn + 1;

TCP选项：

每一个SYN可以含有多个TCP选项

1. MSS(Maximum Segment Size)最大分节大小：

接收端表示在本连接中的每个TCP分节中愿意接受的最大数据量，发送端TCP使用接收端的MSS值作为所发送分节的最大大小； TCP_MAXSEG套接字选项可以提取和设置这个TCP选项；

2. 窗口规模选项：

原来是65535bit,现在由于网速变快接近1G; 在一个TCP连接上使用窗口规模的全体是它的两个端系统必须都支持这个选项。SO_RCVBUF套接字选项可以影响到这个选项

TIME_WAIT状态

执行主动关闭的端经历了这个状态，该断点停留在这个状态的持续时间是最长分节生命期（Maximum Segment Lifetime，MSL）的两倍，2MSL;

MSL是任何IP数据报能够在因特网中存活的最长时间。我们假设具有最大跳限（hop limit）的分组在网络中存在的时间不可能超过MSL。

在此可以查一下重复分组（lost duplicate）的概念

TIME_WAIT状态有两个存在的理由:

1. 可靠的实现TCP全双工连接接的终止

假设4次挥手的最后一个ACK丢失，服务器重新发送一个FIN，这时客户端需要足够的时间再去接收这个FIN并重新发送一个ACK，如果没有TIME_WAIT而是发送完最后一个ACK直接关闭了事，那么如果ACK丢失，那么状态信息则不完整，就不能可靠的实现TCP全双工连接接的终止。

2. 允许老的重复分组在网络中消逝

如果两个地址（IP+端口号）在断开连接之前出现错误，产生了重复分组；还是这两个地址重新连接的时候，有可能老的重复分组传到对端，与新连接里与老的重复分组序列号相同的新分组冲突；为了防止这种情况，断开连接之后，处于TIME_WAIT状态的地址不能建立连接，要等待老的重复分组消逝（TIME_WAIT的时间足够让它消逝）之后才能发起连接。 （一个例外） 如果新连接的SYN的序列号大于前一个连接的结束序列号（可能是最后一个ACK），处于TIME_WAIT的端可以建立连接。

端口号：

采用16位整数的端口号(port number)

well-known端口号：

约定俗成的端口号，如21是FTP 由IANA分配和控制，范围为0~1023

已登记的端口号：

范围1024~49151

临时端口号：

是由传输层协议自动赋予用户，传输层协议代码保证它的唯一性 范围49152~65535

Unix系统有保留端口（reserved port），任何well-known端口号都是保留端口，分配这些端口的服务器应用必须以SU启动。

套接字对（socket pair）:

一个TCP连接的套接字对是一个定义该连接的连个断电的四元组： 本机IP地址，本机TCP端口号，外地IP地址，外地TCP端口号

TCP套接字对唯一标识一个网络上的每个TCP连接 标识每个端点的（IP地址和端口号）为套接字（socket）

TCP端口号和并发服务器：

并发服务器中主服务器循环通过派生一个 子进程 来处理新的连接 不同的客户连接到并发服务器的同一个端口的时候，先连接到父进程的监听套接字，然后父进程fork出一个子进程来处理（IP地址和端口号不变，但是不是监听套接字而是已连接套接字）

缓冲区大小及限制:

IPv4数据报最大大小为65535Bytes,包括IPv4首部。（因为首部标识总长度的字段为16bit）IPv6数据报最大大小为65575Bytes,包括40Bytes的IPv6首部。（因为首部标识净荷的字段为16bit）以太网的MTU(Maximum Transmission Unit)为1500BytesIPv4要求最小链路的MTU为68Bytes,IPv6要求最小链路的MTU为1280Bytes两个主机之间使用的是路径MTU(为两个主机之间的链路最小MTU)分片(Fragmentation)：大小超过链路的MTU IPv4：主机对产生的数据包执行分片，路由器对转发的数据报执行分片 IPv6：主机对产生的数据包执行分片，路由器不对转发的数据报执行分片IPv4首部DF标志位（Don`t Fragment）若被设置，无论主机还是路由器都不执行分片，IPv6隐含一个DF位 DF位可用作路径MTU发现。最小重组缓冲区大小（minimum reassembly buffer size）, 它是IPv4和 IPv6的任何实现都必须保证支持的最小数据报大小。IPv4为576Bytes，IPv6为1500BytesTCP有一个MSS(Maximum Segment Size)最大分节大小，告诉对端每个分节中能够发送的最大TCP的数据量。经常被设置为MTU - IP首部长度 - TCP首部长度； 以太网：IPv4: 1500-20-20=1460; IPv6: 1500-40-20=1440

TCP输出：

应用进程调用write函数，然后将数据从应用进程缓冲区写入套接字发送缓冲区，如果数据很大，在I/O过程，应用进程投入睡眠； write函数调用成功产生返回值，表示应用进程缓冲区可以重新使用，不表示对端收到数据； TCP加上TCP首部之后，构成TCP分节传入数据链路的输出队列，如果输出队列已满，新到的数据将被丢弃，沿协议栈向上返回一个错误，TCP在相应的时刻重传；IP给每一个TCP分节加上IP数据报； TCP必须为已发送的数据保留一个副本，知道它收到对端发回的确认为止；

UDP输出：

UDP是不可靠的，所以不需要保存已发送数据的副本； UDP给用户数据加上8Bytes的UDP首部，发送给IP层，然后IP给每个UDP分段加上IP首部放到数据链路层的输出队列； 如果write函数成功返回，说明数据报或者其分段已经被加入输出队列；