TCP详解

1. 数据进入协议栈的封装过程

2. TCP连接的三次握手

3. TCP连接的三次握手和关闭时的四次握手

各个状态的意义如下： 
LISTEN - 侦听来自远方TCP端口的连接请求； 
SYN-SENT -在发送连接请求后等待匹配的连接请求； 
SYN-RECEIVED - 在收到和发送一个连接请求后等待对连接请求的确认； 
ESTABLISHED- 代表一个打开的连接，数据可以传送给用户； 
FIN-WAIT-1 - 等待远程TCP的连接中断请求，或先前的连接中断请求的确认；
FIN-WAIT-2 - 从远程TCP等待连接中断请求； 
CLOSE-WAIT - 等待从本地用户发来的连接中断请求； 
CLOSING -等待远程TCP对连接中断的确认； 
LAST-ACK - 等待原来发向远程TCP的连接中断请求的确认； 
TIME-WAIT -等待足够的时间以确保远程TCP接收到连接中断请求的确认； 
CLOSED - 没有任何连接状态；

4. shutdown和close的区别

shutdown(SHUT_RD):在套接口上不能再发出接受请求;进程仍可往套接口发送数据;套接口接受缓冲区中所有数据被丢弃;再接收到的数据被TCP丢弃,对套接口发送缓冲区无影响.

shutdown(SHUT_WR)在套接口上不能在发出发送请求;进程仍可以从套接口接受数据;套接口发送缓冲区的内容被发送到对端,后跟正常的TCP连接终止序列(发送FIN);对套接口接收缓冲区无任何影响.

close(l_onoff=0缺省状态):在套接口上不能在发出发送或接收请求;套接口发送缓冲区中的内容被发送到对端.如果描述字引用计数变为0;在发送完发送缓冲区中的数据后,跟以正常的TCP连接终止序列(发送FIN);套接口接受缓冲区中内容被丢弃

close(l_onoff = 1, l_linger =0):在套接口上不能再发出发送或接受请求,如果描述子引用计数变为0,RST被发送到对端;连接的状态被置为CLOSED(没有TIME_WAIT状态),套接口发送缓冲区和套接口接受缓冲区的数据被丢弃

close(l_onoff =1, l_linger != 0):在套接口上不能在发出发送或接收请求;套接口发送缓冲区中的内容被发送到对端.如果描述字引用计数变为0;在发送完发送缓冲区中的数据后,跟以正常的TCP连接终止序列(发送FIN);套接口接受缓冲区中内容被丢弃;如果在连接变成CLOSED状态前延滞时间到,那么close返回EWOULDBLOCK错误.

　　总结起来就是close关的时候一定是全关；shutdown可以实现半关闭，即只关闭读或者写。

　　可参考 http://www.cnblogs.com/Jessy/p/3535612.html 将了内核中的整个执行流程。

5. 服务端如何判断连接已断开？

法一：
当recv()返回值小于等于0时，socket连接断开。但是还需要判断 errno是否等于 EINTR，如果errno == EINTR 则说明recv函数是由于程序接收到信号后返回的，socket连接还是正常的，不应close掉socket连接。
 
法二：
  struct tcp_info info; 
  int len=sizeof(info); 
  getsockopt(sock, IPPROTO_TCP, TCP_INFO, &info, (socklen_t *)&len); 
  if((info.tcpi_state==TCP_ESTABLISHED))  则说明未断开  else 断开

法三：
若使用了select等系统函数，若远端断开，则select返回1，recv返回0则断开。其他注意事项同法一。

法四：
int keepAlive = 1; // 开启keepalive属性
int keepIdle = 60; // 如该连接在60秒内没有任何数据往来,则进行探测 
int keepInterval = 5; // 探测时发包的时间间隔为5 秒
int keepCount = 3; // 探测尝试的次数.如果第1次探测包就收到响应了,则后2次的不再发.

setsockopt(rs, SOL_SOCKET, SO_KEEPALIVE, (void *)&keepAlive, sizeof(keepAlive));
setsockopt(rs, SOL_TCP, TCP_KEEPIDLE, (void*)&keepIdle, sizeof(keepIdle));
setsockopt(rs, SOL_TCP, TCP_KEEPINTVL, (void *)&keepInterval, sizeof(keepInterval));
setsockopt(rs, SOL_TCP, TCP_KEEPCNT, (void *)&keepCount, sizeof(keepCount));

设置后，若断开，则在使用该socket读写时立即失败，并返回ETIMEDOUT错误

法五：
自己实现一个心跳检测，一定时间内未收到自定义的心跳包则标记为已断开。

参见： http://blog.csdn.net/hnlyyk/article/details/50819823?ref=myread

6. MTU和MSS

本文用到的抓包工具为wireshark，它的前身是赫赫有名的Ethereal。wireshark以太网帧的封包格式为：

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Frame=Ethernet Header +IP Header +TCP Header +TCP Segment Data

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（1）Ethernet Header =14 Byte =Dst Physical Address（6 Byte）+ Src Physical Address（6 Byte）+Type（2 Byte），以太网帧头以下称之为数据帧。

（2）IP Header =20 Byte（without options field），数据在IP层称为Datagram，分片称为Fragment。

（3）TCP Header = 20 Byte（without options field），数据在TCP层称为Stream，分段称为Segment（UDP中称为Message）。

（4）54个字节后为TCP数据负载部分（Data Portion），即应用层用户数据。

Ethernet Header以下的IP数据报最大传输单位为MTU（Maximum Transmission Unit，Effect of short board），对于大多数使用以太网的局域网来说，MTU=1500。

TCP数据包每次能够传输的最大数据分段为MSS，为了达到最佳的传输效能，在建立TCP连接时双方将协商MSS值——双方提供的MSS值中的最小值为这次连接的最大MSS值。MSS往往基于MTU计算出来，通常MSS=MTU-sizeof(IP Header)-sizeof(TCP Header)=1500-20-20=1460。

这样，数据经过本地TCP层分段后，交给本地IP层，在本地IP层就不需要分片了。但是在下一跳路由（Next Hop）的邻居路由器上可能发生IP分片！因为路由器的网卡的MTU可能小于需要转发的IP数据报的大小。这时候，在路由器上可能发生两种情况：

（1）如果源发送端设置了这个IP数据包可以分片（May Fragment，DF=0），路由器将IP数据报分片后转发。

（2）如果源发送端设置了这个IP数据报不可以分片（Don’t Fragment，DF=1），路由器将IP数据报丢弃，并发送ICMP分片错误消息给源发送端。

关于MTU的探测，参考《Path MTU discovery》。我们可以通过基于ICMP协议的ping命令来探测从本机出发到目标机器上路由上的MTU，详见下文。