UNIX网络编程——SOCKET API和TCP STATE的对应关系_三次握手_四次挥手及TCP延迟确认

在socket系统调用中，如何完成三次握手和四次挥手:

SOCK_DGRAM即UDP中的connect操作知识在内核中注册对方机器的IP和PORT信息，并没有建立连接的过程，即没有发包，close也不发包）。

而SOCK_STREAM对应如下：

connect会完成TCP的三次握手，客户端调用connect后，由内核中的TCP协议完成TCP的三次握手；

close操作会完成四次挥手。

三次握手对应的Berkeley Socket API：

可以看出和连接建立相关的API有：connect， listen，accept   3个，connect用在客户端，另外2个用在服务端。

对于TCP/IP protocol stack来说，TCP层的tcp_in&tcp_out也参与这个过程。我们这里只讨论这3个应用层的API干了什么事情。

（1） connect

发送了一个SYN，收到Server的SYN+ACK后，代表连接完成。发送最后一个ACK是protocol stack,tcp_out完成的。

（2）listen

在server这端，准备了一个未完成的连接队列，保存只收到SYN_C的socket结构；

还准备了已完成的连接队列，即保存了收到了最后一个ACK的socket结构。

（3）accept

应用进程调用accept的时候，就是去检查上面说的已完成的连接队列，如果已完成的队列里有连接，就返回这个连接；如果没有，即空的，blocking方试调用，就睡眠等待；nonblocking方式调用，就直接返回，一般一"EWOULDBLOCK“ errno告诉调用者，连接队列是空的。

 注意：

在上面的socket API和TCP STATE的对应关系中，TCP协议中，客户端收到Server响应时，可能会有会延迟确认。

即客户端收到数据后，会阻塞给Server端确认。

可以在每次收到数据后:

调用setsockopt(fd, IPPROTO_TCP, TCP_QUICKACK, (int[]){1}, sizeof(int));  快速给Server端确认。

我们如何判断有一个建立连接请求或一个关闭连接请求：

建立连接请求:

1、connect将完成三次握手，accept所监听的fd上，产生读事件，表示有新的连接请求；

关闭连接请求：

1、close将完成四次挥手，如果有一方关闭sockfd，对方将感知到有读事件，

如果read读取数据时，返回0，即读取到0个数据，表示有断开连接请求。(在操作系统中已经这么定义)

关闭连接过程中的TCP状态和SOCKET处理，及可能出现的问题:

TIME_WAIT

TIME_WAIT 是主动关闭 TCP 连接的那一方出现的状态，系统会在 TIME_WAIT 状态下等待 2MSL（maximum segment lifetime  ）后才能释放连接（端口）。通常约合 4 分钟以内。

进入 TIME_WAIT 状态等待 2MSL 的目的：

1、确保连接可靠地关闭； 即防止最后一个ACK丢失。

2、避免产生套接字混淆（同一个端口对应多个套接字）。

意思是，一方close发送了关闭连接请求，对方的应答迟迟到不了(例如网络原因)，导致TIME_WAIT超时，此时这个端口又可用了，我们在这个端口上又建立了另外一个socket连接。如果此时对方的应答到了，怎么处理呢？其实这个在TCP层已经处理了，由于有TCP序列号，所以内核TCP层，就会将包丢掉，并给对方发包，让对方将sockfd关闭。 所以应用层是没有关系的。即我们用socket API编写程序，就不用处理。

注意：

TIME_WAIT是指操作系统的定时器会等2MSL，而主动关闭sockfd的一方，并不会阻塞。（即应用程序在close时，并不会阻塞）。

当主动方关闭sockfd后，对方可能不知道这个事件。那么当对方(被动方)写数据，即send时，将会产生错误，即errno为: ECONNRESET。

服务器产生大量 TIME_WAIT 的原因：(一般我们不这样开发Server)

服务器存在大量的主动关闭操作，需关注程序何时会执行主动关闭（如批量清理长期空闲的套接字等操作）。

一般我们自己写的服务器进行主动断开连接的不多，除非做了空闲超时之类的管理。(TCP短连接是指，客户端发送请求给服务器，客户端收到服务器端的响应后，关闭连接)。

CLOSE_WAIT

CLOSE_WAIT 是被动关闭 TCP 连接时产生的，如果收到另一端关闭连接的请求后，本地(Server端)不关闭相应套接字就会导致本地套接字进入这一状态。

(如果对方关闭了，没有收到关闭连接请求，就是下面的不正常情况)

按状态机，我方收到FIN，则由TCP实现发送ACK，因此进入CLOSE_WAIT状态。但如果我方不执行close()，就不能由CLOSE_WAIT迁移到LAST_ACK，则系统中会存在很多CLOSE_WAIT状态的连接。

如果存在大量的 CLOSE_WAIT，则说明客户端并发量大，且服务器未能正常感知客户端的退出，也并未及时 close 这些套接字。(如果不及时处理，将会出现没有可用的socket描述符的问题，产生问题的原因，没有及时close)。

正常情况下，一方关闭sockfd，另外一方将会有读事件产生， 当recv数据时，如果返回值为0，表示对端已经关闭。此时我们应该调用close，将对应的sockfd也关闭掉。

不正常情况下，一方关闭sockfd，另外一方并不知道，(比如在close时，自己断网了，对方就收不到发送的数据包)。此时，如果另外一方再向对应的sockfd上写send或读recv数据。

recv时，将会返回0，表示连接已经断开。

send时， 将会产生错误，errno为ECONNRESET。