文章目录
- 一、什么是socket（套接字）
- 1.1 套接字的概述
- 1.2 套接字的工作流程
- 二、tcp/ip协议
- 2.1 报文结构
- 2.2 基础术语
- 2.3 三次挥手
- 2.3 四次挥手
- 三、tcp和udp的区别
- 四、linux系统tcp参数的调优
- 面试常见问题
一、什么是socket（套接字）
1.1 套接字的概述
Socket是应用层和网络层的中间软件抽象层，它是一组接口，由ip和端口组成。在设计模式中，Socket其实就是一个门面模式，它把复杂的TCP/IP协议族隐藏在Socket接口后面，对用户来说，一组简单的接口就是全部，让Socket去组织数据，以符合指定的协议。
数据交换就通过调用socket接口来进行交换。再由socket的程序来调用系统底层的数据交换。
其中socket包括基于文件类型的套接字家族（AF_UNIX),unix一切皆文件，基于文件的套接字调用的就是底层的文件系统来获取数据，两个套接字进程运行在同一机器，可以通过访问同一个文件系统完成通信
还有一种就是基于网络类型的套接字（AF_INET）
1.2 套接字的工作流程
- 1、首先在服务端创建一个socket套接字程序
- 2、绑定ip和端口 bind（）
- 3、监听此套接字端口 listen（）
- 4、等待和客户端建立连接 accept（）（三次挥手）
- 5、接收数据 read（）
- 6、发送数据 write（）
- 7、关闭连接 close（）（四次挥手）
二、tcp/ip协议
2.1 报文结构
2.2 基础术语
- 序列号seq：占4个字节，用来标记数据段的顺序，TCP把连接中发送的所有数据字节都编上一个序号，第一个字节的编号由本地随机产生；给字节编上序号后，就给每一个报文段指派一个序号；序列号seq就是这个报文段中的第一个字节的数据编号
- 确认号ack：占4个字节，期待收到对方下一个报文段的第一个数据字节的序号；序列号表示报文段携带数据的第一个字节的编号；而确认号指的是期望接收到下一个字节的编号；因此当前报文段最后一个字节的编号+1即为确认号
- 确认ACK：占1位，仅当ACK=1时，确认号字段才有效。ACK=0时，确认号无效
- 同步SYN：连接建立时用于同步序号。当SYN=1，ACK=0时表示：这是一个连接请求报文段。若同意连接，则在响应报文段中使得SYN=1，ACK=1。因此，SYN=1表示这是一个连接请求，或连接接受报文。SYN这个标志位只有在TCP建产连接时才会被置1，握手完成后SYN标志位被置0
- 终止FIN：用来释放一个连接。FIN=1表示：此报文段的发送方的数据已经发送完毕，并要求释放运输连接
2.3 三次挥手
- 发送端发送一个SYN=1，ACK=0；seq=x，标志的数据包给接收端，请求进行连接，这是第一次握手；
- 接收端收到请求并且允许连接的话，就会发送一个SYN=1，ACK=1；seq=y，ack=x+1标志的数据包给发送端，告诉它，可以通讯了，并且让发送端发送一个确认数据包，这是第二次握手；
- 最后，发送端发送一个SYN=0，ACK=1，seq=x+1，ack=y+1的数据包给接收端，告诉它连接已被确认，这就是第三次握手
2.3 四次挥手
- 发送端发送FIN=1，ACK=0标志的数据包给接收端，请求释放连接
- 接收端收到并发送ACK=1的标志数据包给发送端，确认已经无数据要发送
- 等待接收端的数据发送完毕后，接收端发送FIN=1的数据包给发送端
- 发送端发送确认包ACK=1
- 接收端收到后释放链接，发送端等待2msl时间后关闭连接。
三、tcp和udp的区别
- tcp是面向链接的，udp是面向非链接的：tcp需要建立三次握手，而udp不需要，
- tcp是可靠传输，udp是非可靠传输：tcp发送的数据流，两次发送之间没有边界，可传输大量数据；而udp发送的数据报，两次发送之间有明确边界，每一次传送过得数据量有限
- tcp开销大，udp开销小：tcp每次传送都需要建立链接，因此开销大，速度慢
四、linux系统tcp参数的调优
- vi /etc/systcl.conf 添加一下内容
net.ipv4.tcp_syncookies = 1
#表示开启SYNcookies，当出现SYN队列溢出的时候，启用cookies来处理，可防范少量SYN攻击
net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1
#开启tcp重用，允许将TIME—WAIT套接字重新用于新的TCP连接
net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1
#开启TCP连接中的TIME-WAIT套接字的快速回收
net.ipv4.tcp_fin_timeout = 30
#修改tcpfin的默认timeout时间- /bin/sysctl -p 让参数生效
面试常见问题
1、为什么连接的时候是三次握手，关闭的时候却是四次握手？
答：因为当Server端收到Client端的SYN连接请求报文后，可以直接发送SYN+ACK报文。其中ACK报文是用来应答的，SYN报文是用来同步的。但是关闭连接时，当Server端收到FIN报文时，很可能并不会立即关闭SOCKET，所以只能先回复一个ACK报文，告诉Client端，“你发的FIN报文我收到了”。只有等到我Server端所有的报文都发送完了，我才能发送FIN报文，因此不能一起发送。故需要四步握手。
2、为什么TIME_WAIT状态需要经过2MSL(最大报文段生存时间)才能返回到CLOSE状态
答：虽然按道理，四个报文都发送完毕，我们可以直接进入CLOSE状态了，但是我们必须假象网络是不可靠的，有可以最后一个ACK丢失。所以TIME_WAIT状态就是用来重发可能丢失的ACK报文。在Client发送出最后的ACK回复，但该ACK可能丢失。Server如果没有收到ACK，将不断重复发送FIN片段。所以Client不能立即关闭，它必须确认Server接收到了该ACK。Client会在发送出ACK之后进入到TIME_WAIT状态。Client会设置一个计时器，等待2MSL的时间。如果在该时间内再次收到FIN，那么Client会重发ACK并再次等待2MSL。所谓的2MSL是两倍的MSL(Maximum Segment Lifetime)。MSL指一个片段在网络中最大的存活时间，2MSL就是一个发送和一个回复所需的最大时间。如果直到2MSL，Client都没有再次收到FIN，那么Client推断ACK已经被成功接收，则结束TCP连接。
3、为什么不能用两次握手进行连接？
若把三次握手改成仅需要两次握手，死锁是可能发生的。作为例子，考虑计算机S和C之间的通信，假定C给S发送一个连接请求分组，S收到了这个分组，并发 送了确认应答分组。按照两次握手的协定，S认为连接已经成功地建立了，可以开始发送数据分组。可是，C在S的应答分组在传输中被丢失的情况下，将不知道S 是否已准备好，不知道S建立什么样的序列号，C甚至怀疑S是否收到自己的连接请求分组。在这种情况下，C认为连接还未建立成功，将忽略S发来的任何数据分 组，只等待连接确认应答分组。而S在发出的分组超时后，重复发送同样的分组。这样就形成了死锁。
4、如果已经建立了连接，但是客户端突然出现故障了怎么办？
TCP还设有一个保活计时器，显然，客户端如果出现故障，服务器不能一直等下去，白白浪费资源。服务器每收到一次客户端的请求后都会重新复位这个计时器，时间通常是设置为2小时，若两小时还没有收到客户端的任何数据，服务器就会发送一个探测报文段，以后每隔75秒钟发送一次。若一连发送10个探测报文仍然没反应，服务器就认为客户端出了故障，接着就关闭连接
