三次握手和四次挥手以及对应实现的API - 好文

一、三次握手

图1 tcp的三次握手

在上图中需要注意几点：

1、序列号：其范围在0~（2**32-1）之内，并且可循环利用，用以确定信息是安全且有序的传送。

2、ack存在的意义在于：确定是安全连接，序号未被劫持。



图2 网络变成核心API

结合图一和图二，有以下几点需要注意：

1、connect 触发三次握手
#include<sys/typs.h> #include<sys/socket.h> int connect(int sockfd, const
struct sockaddr*serv_addr，socklen_t addrlen);
第一个参数 int sockfd确定了自身的IP和port，第二个参数 const struct sockaddr*serv_addr
告诉客户端服务器的IP和port。

2、能否自定义IP/PORT？

通过bind函数，可以进行IP和PORT的设定。

3、阻塞与非阻塞的区别？

阻塞与非阻塞的产生都需要两个条件：一是系统调用；二是资源没有准备好。不同之处在于非阻塞在产生系统系统调用之后直接返回错误，而阻塞情况会一直在等待，直到资源准备好为止。

4、API 阻塞与否的原因分析。

（1）listen()：为普通函数。原因在于内核为任何一个给定的监听套接字维护两个队列，即半连接队列（SYN请求连接的报文已有某个客户发送到达服务器，而服务器正在等待完成相应的TCP三次握手过程，这些套接字处于SYN_RCVD状态）和全连接队列（每个已经完成TCP三次握手的客户，这些套接字处于ESTABLISHED状态）。因此，没有等待资源的过程，所以属于普通函数。除此之外，该函数完成三次握手的第二次回包过程。



图3
TCP三次握手和监听套接字的两个队列

Q1：listen函数是否能实现非阻塞或阻塞函数，若能，论述其优缺点？

A：若listen为阻塞函数，则回包过程需要不断的在内核态和用户台之间切换，对于服务器而言是很大的开销。若listen为非阻塞函数，该函数完成三次握手的第二次回包过程。回包的过程是由内核来做，避免了用户态和内核态的切换，减轻服务器的开销。

Q2：socket()、bind()、listen()在TCP协议栈内能否实现为一个API？

A：可以，因为这三个函数都为普通函数。但是在编程过程中我们遵循函数式编辑，否则会带来参数过多的问题。分为三个函数来描述，也可以使逻辑更为详细。

（2）accept()：用于从已完成连接队列头部返回下一个已完成连接，如果已完成连接队列为空，那么进程就投入睡眠（假定套接字为默认的阻塞方式）。如果accept成功，那么其返回值是由内核自动生成的一个全新描述符，代表与所返回客户的TCP连接。

Q：accept为阻塞函数的原因？

A：若accept()为非阻塞函数的话，每出现一个连接，就会进行一次调用，在多次调用中这些连接并未全部建立好，会造成资源的浪费。

二、四次挥手



图4 四次挥手

Q1：触发四次挥手的函数及其运行逻辑？

A：close()触发四次挥手。close
一个套接字的默认行为是把套接字标记为已关闭，然后立即返回到调用进程，该套接字描述符不能再由调用进程使用，也就是说它不能再作为read或write的第一个参数，然而TCP将尝试发送已排队等待发送到对端的任何数据，发送完毕后发生的是正常的TCP连接终止序列。

在多进程并发服务器中，父子进程共享着套接字，套接字描述符引用计数记录着共享着的进程个数，当父进程或某一子进程close掉套接字时，描述符引用计数会相应的减一，当引用计数仍大于零时，这个close调用就不会引发TCP的四路握手断连过程。


Q2：connect()是否为阻塞函数?

A：connect()为阻塞函数，其等待三次握手。

Q3：accept(sockfd，struct sockaddr *addr，addrlen)第二个参数的作用？

A：这个addr是输出型参数，是一个指向struct
sockaddr结构的指针，里面存储着远程连接过来的计算机的信息，如IP地址和端口。其实质是向内核要客户端的IP和PORT.

Q4：accept返回的fd与listen返回的fd是否为一个fd?

A：首先，listen后，是肯定占用了对应的端口号的，任何别的尝试使用该端口的操作肯定会报错，accept返回的fd若占用新的端口号，则接下来的读写操作无法进行。而这两个fd的五元组是通过远端的客户端的IP和PORT不同而加以区分的。

Q5：返回的文件描述符上限是多少，如何调整上限。

A：为系统能达到的文件描述符的上限（默认是1024）减3，（0，1，2为系统占用，分别代表标准输入，标准输出和标准错误文件），该最大值可以通过命令Ulimit来实现调整。

Q6：accept()返回的文件描述符的上限取决于全连接队列的上限？

A：并不是。（待解决）

Q7：处理百万连接必须准备的有哪些？

A：1、listen的两个连接队列尽可能大；2、accept返回的个数尽可能多；3、连接五元组尽量使内核内存消耗到最低、。

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