posix API的一些理解

TCP Posix API的理解

我们主要从TCP连接讲解整个的流程。

• 连接的建立
• 消息的收发
• 连接的断开

连接的建立

先看一下一个TCP server的创建过程。

#include<stdio.h>
#include<sys/socket.h>
#include<netinet/in.h>
#include<errno.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>
#include<sys/types.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<netinet/in.h>
using namespace std;

int main(int argc, char *argv[])
{
	int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
	if (sockfd<0)
	{
		printf("Create Socket failed!code:%d\n", errno);
		return -1;
	}
	struct sockaddr_in ServerAddr;

	memset(&ServerAddr, 0, sizeof(ServerAddr));

	ServerAddr.sin_family = AF_INET;
	ServerAddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
	ServerAddr.sin_port = htons(9999);
	if (bind(sockfd, (struct sockaddr *)&ServerAddr, sizeof(ServerAddr))<0)
	{
		printf("bind function is failed!error code:%d\n", errno);
		return -1;
	}
	if (listen(sockfd,10)<0)
	{
		printf("listen function is failed!error code:%d\n", errno);
		return -1;
	}

	//开始接受TCP连接
	while (true)
	{
		socklen_t len = 0;
		int client_sock = accept(sockfd, (struct sockaddr*)&socket, &len);
		if (client_sock<0)
		{
			printf("accept() error ! error code:%d\n", errno);
			return -1;
		}

		char buf[2048];
		while(1)
        {
            memset(buf,'\0',sizeof(buf));
            read(client_sock,buf,sizeof(buf));  

			printf("client:# %s\n",buf);

            printf("server:$ ");

            memset(buf,'\0',sizeof(buf));

            fgets(buf,sizeof(buf),stdin);
            buf[strlen(buf)-1]='\0';
            if(strncasecmp(buf,"quit",4)==0)
            {
                printf("quit\n");
                break;
            }
            write(client_sock,buf,strlen(buf)+1);
            printf("wait...\n");
        }
        close(client_sock);
    }

	close(sockfd);	

	return 0;
}

准备一张TCP状态转换图

三次握手的过程。

比较常会被问到的为什么3次握手？

其实就是需要3次确定连接。

其次就是对应的API的阶段是什么。

在服务器端调用listen以后，客户端开始进行连接的时候，

一般都会在第一次握手的时候，维护一个链表，表明已经进行过第一次握手的半连接。

其次就是在第三次握手以后，就会将这个连接，保存到另外一个全连接的队列，表示这个连接已经三次握手完毕，可以进行连接。

然后我们在服务端的时候，就可以调用accept进行连接的接受。

从我们的已经准备的好的全连接的队列中，取出一个连接，在进行消息的收发。

我们再讨论一下 listen中的backlog这个参数的作用。

这个参数根据文档来说是这样的

The backlog argument defines the maximum length to which the queue of pending connections for sockfd may grow.
If  a connection request arrives when the queue is full, the client may receive an error with an indication of ECONNREFUSED or, if the underlying protocol supports retransmission, the request may  be  ignored  so  that  a later reattempt at connection succeeds.

而我们可以从文档中看出来，这个队列主要指的是全连接队列的长度，指定我们全连接队列的长度的大小。

顺便说一下ddos的攻击问题，我的连接就是有大量的经过第一次握手的连接的客户端和目标服务器进行连接，导致新的连接。

数据发送阶段

这里我们只考虑我们可以控制的阶段，比如消息的收发，对于消息在公网区域是如何传输的，我们是无法进行控制以及追踪的，因此我们就考虑消息的收发。

普遍存在三种情况，

• 单条send
• 循环send
• 发送很多的数据的send
  
  首先，有一点，在我们创建完一个TCP连接的时候，就会知道源IP,目的IP,源端口，目的端口，以及对应的协议类型，也就存在一个TCB的概念。

由于第一种的send的情况比较普遍，就是直接的收发就可以了，我们在实际调用send的时候，并不是返回是整数，就代表着我们的信息已经发送成功了，其实只是将我们想要发送的信息黏贴在内核的发送缓冲区中，TCP只是能保证我们的消息顺序是顺序的。这样就在我们循环发送的消息的时候，可能就会出现一个问题，就是TCP粘包的问题。

怎么解决粘包的问题？

• 增加包长度的信息
• 增加分隔符
  
  通过这两种方法就能解决TCP粘包的问题了。

最后一种就是发送一个文件之类的，规定一个消息的结构，并发送完毕就可以了。

连接断开

网线断了(网线剪短)，网卡停止供电，网卡设备会重启，你所有的连接都会重启。

再次供电的时候，就会有变化。应用程序就通过心跳包，来判断连接是否已经断开。客户端直接宕机，也是通过心跳包来进行判断。

这里主要就是讨论就是如何解决close_wait的情况。

主要是由于recv返回0，没有调用close。

业务数据和网络接口，可以做成异步的。

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