TCP通信流程以及一些TCP的相关概念

1.TCP和UDP区别

都为传输层协议
UDP：用户数据报协议，面向无连接，可以单播，多播，广播，面向数据报，不可靠
TCP：传输控制协议，面向连接的，可靠的，基于字节流，仅支持单播传输

	UDP	TCP
是否创建连接	无连接	面向连接
是否可靠	不可靠	可靠的
连接的对象个数	一对一、一对多、多对一、多对多	一对一
传输的方式	面向数据报	面向字节流
首部开销	8个字节	最少20个字节
适用场景	实时应用（视频会议，直播）	可靠性高的应用

2.TCP通信流程

(1) 服务器端
1.创建一个用于监听的套接字
      -监听：监听有客户端的连接
      -套接字：就是一个文件描述符
2．将这个监听文件描述符和本地的IP和端口绑定（IP和端口就是服务器的地址信息)
      -客户端连接服务器的时候使用的就是这个IP和端口
3．设置监听，监听的fd开始工作
4．阻塞等待，当有客户端发起连接，解除阻塞，接受客户端的连接，会得到一个和客户端通信的套接字(fd)
5．通信
      -接收数据
      -发送数据
6．通信结束，断开连接

(2) 客户端
1．创建一个用于通信的套接字（fd)
2．连接服务器，需要指定连接的服务器的IP和端口3．连接成功了，客户端可以直接和服务器通信
      -接收数据
      -发送数据
4．通信结束,断开连接

3.通信时所需要用到的函数（API）

int socket(int domain，int type，int protoco1);-功能:创建一个套接字-参数:- domain : 协议族AF_INET : ipv4 AF_INET6 : ipv6AF__UNIX，AF_LOCAL :本地套接字通信（进程间通信>- type : 通信过程中使用的协议类型SOCK_STREAM ︰流式协议SOCK_DGRAM︰报式协议-protoco1 : 具体的一个协议。一般写0- SOCK_STREAM︰流式协议默认使用 TCP- SOCK_DGRAM︰报式协议默认使用UDP-返回值:-成功:返回文件描述符，操作的就是内核缓冲区。-失败:-1int bind(int sockfd，const struct sockaddr *addr，socklen_t addr len);-功能:绑定，将fd 和本地的IP ＋端口进行绑定-参数:- sockfd :通过socketi函数得到的文件描述符- addr :需要绑定的socket地址，这个地址封装了ip和端口号的信息- addrlen :第二个参数结构体占的内存大小int listen(int sockfd，int backlog);  // /proc/sys/net/core/somaxconn-功能:监听这个socket上的连接-参数:- sockfd :通过socket()函数得到的文件描述符- backlog :未连接的和已经连接的和的最大值，5int accept(int sockfd，struct sockaddr *addr ,socklen_t *addrlen);-功能:接收客户端连接，默认是一个阻塞的函数，阻塞等待客户端连接-参数:- sockfd :用于监听的文件描述符- addr :传出参数，记录了连接成功后客户端的地址信息（ip, port)- addrlen :指定第二个参数的对应的内存大小-返回值:-成功:用于通信的文件描述符- -1 :失败
int connect(int sockfd，const struct sockaddr *addr， socklen_t addrlen) ;-功能:客户端连接服务器-参数:- sockfd :用于通信的文件描述符- addr :客户端要连接的服务器的地址信息- addrlen :第二个参数的内存大小-返回值: 成功0，失败-1
ssize_t write(int fd，const void *buf，size_t count);//写数据
ssize_t read(int fd，void *buf， size_t count);//读数据

4.TCP三次握手

目的：保证双方互相之间建立了连接
什么时候三次握手：发生在客户端连接时
为甚莫要三次握手：确认双方都能发送和接收数据
三次握手在TCP协议头中：1.将SYN的值置为1。2.服务端将ACK置为1，并且将SYN置为1 。3.客户端将ACK置为1
序号，确认号：确保TCP协议的传输时的完整性和顺序性

第一次握手:1.客户端将SYN标志位置为12.生成一个随机的32位的序号seq=J ，这个序号后边是可以携带数据（数据的大小)
第二次握手:1.服务器端接收客户端的连接:ACK=12.服务器会回发一个确认序号:ack=客户端的序号＋数据长度＋SYN/FIN(按一个字节算)3.服务器端会向客户端发起连接请求:SYN=14.服务器会生成一个随机序号:seq = K
第三次握手:1.客户单应答服务器的连接请求:ACK=12.客户端回复收到了服务器端的数据:ack=服务端的序号＋数据长度＋SYN/FIN(按一个字节算)

5.三次握手、滑动窗口、四次挥手

# mss: Maximum Segment Size(一条数据的最大的数据量)
# win: 滑动窗口
1. 客户端向服务器发起连接，客户单的滑动窗口是4096，一次发送的最大数据量是1460
2. 服务器接收连接情况，告诉客户端服务器的窗口大小是6144，一次发送的最大数据量是1024
3. 第三次握手
4. 4-9 客户端连续给服务器发送了6k的数据，每次发送1k
5. 第10次，服务器告诉客户端：发送的6k数据以及接收到，存储在缓冲区中，缓冲区数据已经处理了2k,窗口大小是2k
6. 第11次，服务器告诉客户端：发送的6k数据以及接收到，存储在缓冲区中，缓冲区数据已经处理了4k,窗口大小是4k
7. 第12次，客户端给服务器发送了1k的数据8. 第13次，客户端主动请求和服务器断开连接，并且给服务器发送了1k的数据
9. 第14次，服务器回复ACK 8194, a:同意断开连接的请求 b:告诉客户端已经接受到方才发的2k的数据c:滑动窗口2k
10.第15、16次，通知客户端滑动窗口的大小
11.第17次，第三次挥手，服务器端给客户端发送FIN,请求断开连接
12.第18次，第四次回收，客户端同意了服务器端的断开请求

6.TCP三次握手、四次挥手的状态转换

Client	Server
SYN_SENT(connect())	LISTEN(listen())
	SYN_RECVD
ESTABLISHED	ESTABLISHED

Client	Server
FIN_WAIT_1 (close())	CLOSE_WAIT
	LAST_ACK(close())
FIN_WAIT_2
TIME_WAIT

主动断开连接的一方, 最后进入一个 TIME_WAIT状态, 这个状态会持续: 2msl
半关闭状态

7.端口复用

在最后的关闭时，出现TIME_WAIT状态，在此调用时，会出现端口占用的错误。所用要用端口复用

端口复用最常用的用途是:
防止服务器重启时之前绑定的端口还未释放
程序突然退出而系统没有释放端口

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
// 设置套接字的属性（不仅仅能设置端口复用）
int setsockopt(int sockfd, int level, int optname, const void *optval, socklen_toptlen);
参数：- sockfd : 要操作的文件描述符- level : 级别 - SOL_SOCKET (端口复用的级别)- optname : 选项的名称- SO_REUSEADDR- SO_REUSEPORT- optval : 端口复用的值（整形）- 1 : 可以复用- 0 : 不可以复用- optlen : optval参数的大小
端口复用，设置的时机是在服务器绑定端口之前。
setsockopt();
bind();