TCP连接的超详细细节

原创已于 2024-12-09 11:33:04 修改 · 479 阅读

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于 2024-12-09 11:25:45 首次发布

TCP套接字的创建 socket() 创建的是监听套接字: 例如绑定:IPv4、TCP协议
AF_INET 表示使用IPv4地址
SOCK_STREAM 表示使用TCP协议
0 表示使用默认的协议（即TCP）
在创建套接字之后，可以使用setsockopt函数设置一些套接字选项，例如：
SO_REUSEADDR: 允许在服务器退出后立即重用本地地址和端口。
TCP_NODELAY: 禁用Nagle算法，立即发送小数据包
准备地址结构:
sin_family 指定地址族为 AF_INET。
sin_addr.s_addr 指定绑定的IP地址。INADDR_ANY 表示绑定到所有可用的网络接口。
sin_port 指定绑定的端口号，使用 htons 将主机字节序转换为网络字节序
此时套接字只是一个文件描述符,还没有进行网络相关的绑定

bind() 将服务器IP与端口与套接字关联
listen()将套接字转换为监听状态,BACKLOG 参数指定最大连接队列长度

客户端的创建套接字,类似于服务器端，创建一个新的套接字
准备服务器地址结构
sin_port 指定服务器的端口号
inet_pton 函数将字符串形式的IP地址转换为网络字节序

connect 函数尝试连接到服务器。操作系统会自动分配一个本地端口，并发起三次握手
客户端发起连接
客户端发送一个SYN同步序列号包,请求建立连接,包含的信息:seq=x,表示客户端初始序列号
服务器响应
服务器收到SYN包后，发送一个SYN-ACK（同步确认序列号）包，表示接受连接请求。
包含的信息：seq=y, ack=x+1，表示服务器的初始序列号和对客户端SYN包的确认
客户端确认
客户端收到SYN-ACK包后，发送一个ACK（确认）包，表示已接受服务器的连接请求。
包含的信息：ack=y+1，表示对服务器SYN包的确认

服務端通過accept接受連接,accept返回新的通信套接字
操作系统会为每个连接维护信息 ,信息如下:
本地IP和端口
远端IP和端口
连接状态

序列号

确认号
窗口大小
缓冲区信息
定时器

服务器发送数据,写入数据到通信套接字,详细过程:
数据写入发送缓冲区
TCP协议将数据分段
添加TCP头部（源端口、目标端口、序列号等）
添加IP头部（源IP、目标IP）
发送数据包

客户端接收数据,从套接字读取数据,详细过程:
操作系统接收数据包
检查IP头部和TCP头部
根据四元组找到对应套接字
数据放入接收缓冲区
发送确认包(ACK)
应用程序读取数据

疑难解答:
客户端在没有调用bind()情况下,connect()如何工作
当客户端创建一个套接字并直接调用 connect() 时操作系统会自动为该套接字分配一个本地IP地址和一个临时的的端口号这个本地IP地址通常是用于到达服务器IP的网络接口的IP 端口号则从可用的临时端口范围内分配这样客户端套接字就绑定了自己的本地IP和端口并连接到服务器的IP和指定端口因此即使客户端没有显式调用 bind() 在调用 connect() 后套接字实际上已经被系统绑定了本地的IP和端口

服务器的监听套接字和通信套接字有什么区别
监听套接字：这是服务器最初创建、绑定了特定IP和端口、并调用了 listen() 的套接字。它的主要作用是监听新的连接请求，不用于实际的数据传输。
通信套接字：这是 accept() 返回的新套接字每当有一个新的客户端连接 accept() 都会返回一个新的通信套接字这个套接字专用于与特定客户端的数据通信

服务器 listen() 后是否暂停运行？还是暂停在 accept()
服务器调用 listen() 后并不会暂停运行 listen() 只是将套接字设置为监听状态真正使服务器阻塞等待的是 accept() 函数 accept() 会阻塞直到有新的连接请求到来