tcp连接状态详解

unix的哲学是一切皆文件，可以把socket看成是一种特殊的文件，而一些socket函数就是对其进行的操作api（读/写IO、打开、关闭）。我们知道普通文件的打开操作（open）返回一个文件描述字，与之类似，socket()用于创建一个socket描述符（socket descriptor），它唯一标识一个socket。

当我们调用socket创建一个socket时，返回的socket描述字它存在于协议族（address family，AF_XXX）空间中，但没有一个具体的地址。如果想要给它赋值一个地址，就必须调用bind()函数，

 sockfd即socket描述字，它是通过socket()函数创建了，唯一标识一个socket。bind()函数就是将给这个描述字绑定一个名字。

    在将一个地址绑定到socket的时候，需要先将主机字节序转换成为网络字节序，而不要假定主机字节序跟网络字节序一样使用的是Big-Endian。由于这个问题曾引发过不少血案，谨记对主机字节序不要做任何假定，务必将其转化为网络字节序再赋给socket。

    这里的主机字节序就是我们平常说的大端和小端模式：不同的CPU有不同的字节序类型，这些字节序是指整数在内存中保存的顺序，这个叫做主机序。引用标准的Big-Endian和Little-Endian的定义如下：

   listen函数的第一个参数即为要监听的socket描述字，第二个参数为socket可以接受的排队的最大连接个数。listen函数表示等待客户的连接请求。

  connect函数的第一个参数即为客户端的socket描述字，第二参数为服务器的socket地址，第三个参数为socket地址的长度。客户端通过调用connect函数来建立与TCP服务器的连接。

 TCP服务器端依次调用socket()、bind()、listen()之后，就会监听指定的socket地址了。TCP客户端依次调用socket()、connect()之后就向TCP服务器发送连接请求。TCP服务器监听到这个请求之后，就会调用accept()函数去接收请求，这样连接就建立好了(在connect之后就建立好了三次连接)，之后就可以开始进行类似于普通文件的网络I/O操作了。

 如果accpet成功，那么其返回值是由内核自动生成的一个全新的描述字，代表与客户的TCP连接。

 accept的第一个参数为服务器的socket描述字，是服务器开始调用socket()函数生成的，称为监听socket描述字；而accept函数返回的是已连接的socket描述字。一个服务器通常通常仅仅只创建一个监听socket描述字，它在该服务器的生命周期内一直存在。内核为每个由服务器进程接受的客户连接创建了一个已连接socket描述字，当服务器完成了对某个客户的服务，相应的已连接socket描述字就被关闭。

 read函数是负责从fd中读取内容.当读成功时，read返回实际所读的字节数，如果返回的值是0表示已经读到文件的结束了，小于0表示出现了错误。如果错误为EINTR说明读是由中断引起的，如果是ECONNREST表示网络连接出了问题。

 write函数将buf中的nbytes字节内容写入文件描述符fd.成功时返回写的字节数。失败时返回-1，并设置errno变量。 在网络程序中，当我们向套接字文件描述符写时有俩种可能。1)write的返回值大于0，表示写了部分或者是全部的数据。2)返回的值小于0，此时出现了错误

 在服务器与客户端建立连接之后，会进行一些读写操作，完成了读写操作就要关闭相应的socket描述字，类似于操作完打开的文件要调用fclose关闭打开的文件。

 close一个TCP socket的缺省行为时把该socket标记为已关闭，然后立即返回到调用进程。该描述字不能再由调用进程使用，也就是说不能再作为read或write的第一个参数

 close操作只是使相应socket描述字的引用计数-1，只有当引用计数为0的时候，才会触发TCP客户端向服务器发送终止连接请求。

 我们知道tcp建立连接要进行“三次握手”，即交换三个分组。大致流程如下：

客户端向服务器发送一个SYN J

服务器向客户端响应一个SYN K，并对SYN J进行确认ACK J+1

客户端再想服务器发一个确认ACK K+1

socket中TCP的四次握手释放连接详解

 某个应用进程首先调用close主动关闭连接，这时TCP发送一个FIN M；另一端接收到FIN M之后，执行被动关闭，对这个FIN进行确认。一段时间之后，服务端调用close关闭它的socket。这导致它的TCP也发送一个FIN N；接收到这个FIN的源发送端TCP对它进行确认,这样每个方向上都有一个FIN和ACK。

为什么要三次握手

由于tcp连接是全双工的，存在着双向的读写通道，每个方向都必须单独进行关闭。当一方完成它的数据发送任务后就可以发送一个FIN来终止这个方向的连接。收到FIN只意味着这个方向上没有数据流动，但并不表示在另一个方向上没有读写，所以要双向的读写关闭需要四次握手，

    3. time_wait状态如何避免？

首先服务器可以设置SO_REUSEADDR套接字选项来通知内核，如果端口忙，但TCP连接位于TIME_WAIT状态时可以重用端口。在一个非常有用的场景就是，如果你的服务器程序停止后想立即重启，而新的套接字依旧希望使用同一端口，此时SO_REUSEADDR选项就可以避免TIME_WAIT状态。

1.客户端连接服务器的80服务，这时客户端会启用一个本地的端口访问服务器的80，访问完成后关闭此连接，立刻再次访问服务器的

80，这时客户端会启用另一个本地的端口，而不是刚才使用的那个本地端口。原因就是刚才的那个连接还处于TIME_WAIT状态。

2.客户端连接服务器的80服务，这时服务器关闭80端口，立即再次重启80端口的服务，这时可能不会成功启动，原因也是服务器的连

接还处于TIME_WAIT状态。

实战分析：

状态描述：

CLOSED：无连接是活动的或正在进行

LISTEN：服务器在等待进入呼叫

SYN_RECV：一个连接请求已经到达，等待确认

SYN_SENT：应用已经开始，打开一个连接

ESTABLISHED：正常数据传输状态

FIN_WAIT1：应用说它已经完成

FIN_WAIT2：另一边已同意释放

ITMED_WAIT：等待所有分组死掉

CLOSING：两边同时尝试关闭

TIME_WAIT：另一边已初始化一个释放

LAST_ACK：等待所有分组死掉</pre>

命令解释：

如何尽量处理TIMEWAIT过多?

编辑内核文件/etc/sysctl.conf，加入以下内容：

net.ipv4.tcp_syncookies = 1 表示开启SYN Cookies。当出现SYN等待队列溢出时，启用cookies来处理，可防范少量SYN攻击，默认为0，表示关闭；

net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1 表示开启重用。允许将TIME-WAIT sockets重新用于新的TCP连接，默认为0，表示关闭；

net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1 表示开启TCP连接中TIME-WAIT sockets的快速回收，默认为0，表示关闭。

net.ipv4.tcp_fin_timeout 修改系默认的 TIMEOUT 时间</pre>

然后执行 /sbin/sysctl -p 让参数生效.

/etc/sysctl.conf是一个允许改变正在运行中的Linux系统的接口，它包含一些TCP/IP堆栈和虚拟内存系统的高级选项，修改内核参数永久生效。

简单来说，就是打开系统的TIMEWAIT重用和快速回收。

  本文主要讲述了socket的主要api，以及tcp的连接过程和其中各个阶段的连接状态，理解这些是更深入了解tcp的基础！

DHCP是Dynamic Host Configuration Protocol之缩写，它的前身是BOOTP。是基于C/S模式的，它提供了一种动态指定IP地址和配置参数的机制。这主要用于大型网络环境和配置比较困难的地方。DHCP服务器自动为客户机指定IP地址，指定的配置参数有些和IP协议并不相关，但没有关系，它的配置参数使得网络上的计算机通信变得方便而容易实现了。DHCP使IP地址的可以租用，对于许多拥有许多台计算机的大型网络来说，每台计算机拥有一个IP地址有时候可能是不必要的。租期从1分钟到100年不定，当租期到了的时候，服务器可以把这个IP地址分配给别的机器使用。DHCP的工作原理视乎客户端是否第一次登录网路﹐DHCP的工作形式会有所不同。第一次登录的时候﹕1. 寻找Server。当DHCP客户端第一次登录网路的时候﹐也就是客户发现本机上没有任何IP资料设定﹐它会向网路发出一个DHCPDISCOVER封包。因为客户端还不知道自己属于哪一个网路﹐所以封包的来源地址会为0.0.0.0﹐而目的地址则为255.255.255.255﹐然后再附上DHCPdiscover的信息﹐向网路进行广播。网络上每一台安装了TCP/IP协议的主机都会接收到这种广播信息，但只有DHCP服务器才会做出响应DHCPdiscover的等待时间预设为1秒也就是当客户端将第一个DHCPdiscover封包送出去之后在1秒之内没有得到回应的话就会进行第二次DHCPdiscover广播。在得不到回应的情况下客户端一共会有四次DHCPdiscover广播(包括第一次在内)除了第一次会等待1秒之外其余三次的等待时间分别是9 13 16秒。如果都没有得到DHCP服务器的回应客户端则会显示错误信息宣告DHCPdiscover的失败。之后基于使用者的选择系统会继续在5分钟之后再重一次DHCPdiscover的要求。2. 提供IP租用位址。当DHCP服务器监听到客户端发出的DHCPdiscover广播后﹐它会从那些还没有租出的位址范围内﹐选择最前面的的空置IP，连同其它TCP/IP设定，回应给客户端一个DHCPOFFER封包。由于客户端在开始的时候还没有IP位址﹐所以在其DHCPdiscover封包内会带有其MAC位址信息﹐并且有一个XID编号来辨别该封包﹐DHCP服务器回应的DHCPoffer封包则会根据这些资料传递给要求租约的客户。根据服务器端的设定﹐DHCPoffer封包会包含一个租约期限的信息。3. 接受IP租约。如果客户端收到网路上多台DHCP服务器的回应﹐只会挑选其中一个DHCPoffer(通常是最先抵达的那个)﹐并且会向网路发送一个DHCPrequest广播封包﹐告诉所有DHCP服务器它将指定接受哪一台服务器提供的IP位址。之所以要以广播方式回答，是为了通知所有的DHCP服务器，他将选择某台DHCP服务器所提供的IP地址同时﹐客户端还会向网路发送一个ARP封包﹐查询网路上面有没有其它机器使用该IP位址﹔如果发现该IP已经被占用﹐客户端则会送出一个DHCPDECLINE封包给DHCP服务器﹐拒绝接受其DHCPoffer﹐并重新发送DHCPdiscover信息。事实上﹐并不是所有DHCP客户端都会无条件接受DHCP服务器的offer﹐尤其这些主机安装有其它TCP/IP相关的客户软件。客户端也可以用DHCPrequest向服务器提出DHCP选择﹐而这些选择会以不同的号码填写在DHCPOptionField里面。换一句话说﹐在DHCP服务器上面的设定﹐未必是客户端全都接受﹐客户端可以保留自己的一些TCP/IP设定。而主动权永远在客户端这边。4. 确认阶段。即DHCP服务器确认所提供的IP地址的阶段。当DHCP服务器收到DHCP客户机回答的DHCPrequest请求信息之后，它便向DHCP客户机发送一个包含它所提供的IP地址和其他设置的DHCPack确认信息，告诉DHCP客户机可以使用它所提供的IP地址。然后DHCP客户机便将其TCP/IP协议与网卡绑定，另外，除DHCP客户机选中的服务器外，其他的DHCP服务器都将收回曾提供的IP地址5. 重新登录。以后DHCP客户机每次重新登录网络时，就不需要再发送DHCPdiscover发现信息了，而是直接发送包含前一次所分配的IP地址的DHCPrequest请求信息。当DHCP服务器收到这一信息后，它会尝试让DHCP客户机继续使用原来的IP地址，并回答一个DHCPack确认信息。如果此IP地址已无法再分配给原来的DHCP客户机使用时（比如此IP地址已分配给其它DHCP客户机使用），则DHCP服务器给DHCP客户机回答一个DHCPnack否认信息。当原来的DHCP客户机收到此DHCPnack否认信息后，它就必须重新发送DHCPdiscover发现信息来请求新的IP地址。6. 更新租约。DHCP服务器向DHCP客户机出租的IP地址一般都有一个租借期限，期满后DHCP服务器便会收回出租的IP地址。如果DHCP客户机要延长其IP租约，则必须更新其IP租约。DHCP客户机启动时和IP租约期限过一半时，DHCP客户机都会自动向DHCP服务器发送更新其IP租约的信息。至于IP的租约期限却是非常考究的﹐并非如我们租房子那样简单﹐DHCP客户机除了在开机的时候发出DHCPrequest请求之外﹐在租约期限一半的时候也会发出DHCPrequest﹐如果此时得不到DHCP服务器的确认的话﹐工作站还可以继续使用该IP﹔然后在剩下的租约期限的再一半的时候(即租约的75%)﹐还得不到确认的话﹐那么工作站就不能拥有这个IP了。要是您想退租，可以随时送出DHCPLEREASE命令解约﹐就算您的租约在前一秒钟才获得的

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