unix网络编程——网络基础

一、传输控制协议（TCP）

tcp是面向连接的的，他不可以被描述为100%可靠的协议，他提供的是数据的可靠传递或故障的可通知。它保证了数据的可以顺序到达、不重复、不丢包。tcp重要的是三次握手和四次挥手做了什么，每次响应和发送都代表了什么。基本的TCP编程模板如下图：

1.1 三次握手阶段

SYN：表同步。

服务器端：执行socket创建监听套接字，使用bind函数来绑定存有端口与IP地址的结构体到socket，执行listen函数使服务端主动连接的socket转化为被动的socket，使这个socket可以等待其他socket的连接请求，再利用accpt函数从连接队列中取出连接请求，这里并不是建立了连接，如果连接队列为空的话服务端进入睡眠，如果执行成功的话返回一个非零的描述符用作后续信息传输的端口（已连接套接字）。

客户端：执行socket创建套接字，使用connect函数连接服务端，这里是主动打开。

三次握手的过程：

1、服务器执行了accpt后进入等待客户端接入的状态，此时是被动打开，而客户端调用connect后主动连接服务器，执行connect后进入阻塞状态（SYN_SENT），并且发送SYN包。

2、服务端收到客户端发送的SYN包后进入SYN_RECV状态并且回应客户端的SYN包，回应的是一个ACK包，他就是客户端SYN包加一，且发送一个自己的SYN包。

3、客户端接受到服务器的响应和服务器发送的SYN包进入数据传输状态（ESTABLISH），发送ACK响应包，内容就是服务器发送的SYN包加一。

4、服务器再接收到这个ACK包后也进入数据传输状态（ESTABLISH）。此时accpt返回一个已连接套接字，就可以开始通讯了。

1.2 数据传输阶段

1.客户端使用write来进行数据请求。

2.服务器使用read得到客户端的请求，再使用write返回客户端需要的数据和请求ACK包。

3.客户端使用read读取服务端返回的数据并且给服务器发送一个应答ACK包。

注意点：有序列号所以不会重复发送，也不会乱序，更不会导致漏发。

具有流量控制，TCP总是告知对端他能够接受到多少字节的数据，不会导致接受缓冲区溢出。

1.3 四次挥手阶段

1.客户端调用close函数主动关闭，进入FIN_WAIT_1阶段并发送FIN包。

2.服务端接受FIN包后进入CLOSE_WAIT状态，并返回一个ACK包（FIN+1）。

3.客户端接受到ACK包后进入FIN_WAIT_2状态。

4.服务端调用close函数进入LAST_ACK状态并发送一个FIN包。

5.客户端接收到FIN包后进入TIME_WAIT状态，并返回ACK包。

6.服务端接收到ACK后进入CLOSED状态，关闭连接。

整个过程如下图所示：

二、TIME_WAIT状态

TIME_WAIT状态是客户端发送ACK包后的状态，此时他不会直接关闭，因为他发送的ACK包有可能在传输的过程中丢掉了，并不会被服务端所接受到，服务端有可能重新发送FIN包，如果客户端直接关闭会导致服务端一直反复发送FIN包等待结束。所以需要有TIME_WAIT这一状态，这个状态持续的时间为2MSL（MSL：任何IP包在intel网中存活的最长时间）。

所以TIME_WAIT的存在可以使TCP执行完整的关闭，允许老的重复的分节在网络中消逝。

三、常用结构体

struct sockaddr{
	unsigned short sa_family;//地址类型AF_xxxx
	char sa_data[14];//14字节，2字节端口号，剩余放IP
};

struct sockaddr_in{
	short int sin_family;//地址类型AF_xxxx
	unsigned short int sin_port;//2字节端口号
	struct in_addr sin_addr;//存IP地址的结构体
	unsigned char sin_zero[8];//占位，保持与sockaddr结构体占一样内存大小
};
struct in_addr{
	unsigned long s_addr;//4字节存放IP地址
};

sockaddr_in比sockaddr结构体好就好在IP和端口分开存储。 

四、recv与send的本质

应用层函数recv、send与内核中套接字的真正读取数据，TCP协议层是运行在内核中的，二通信是网卡直接通讯，只要对方send，线路上就有数据，那么协议就会从网卡读取数据进入内核的socket缓冲区中，recv只是从socket内核中把数据拷贝到指定的缓冲区buf中，对协议毫无影响。

socket默认是全缓冲，如果没有setsocketopt的话，只有当socket内核缓冲区中的数据满了才会发送，通过网卡发送。send其实就是将应用层数据拷贝到socket的缓冲区而已，并不代表真正的数据发送。

五、主机与网络字节序（大小端问题）

主机字节序：小端存储，数据的高位存放在终止地址，数据的低位存放在起始地址。

网络字节序：大端存储，数据的高位存放在起始地址，数据的低位存放在终止地址。

在网络的传输中需要利用两种字节序的转换函数来进行转换，这些函数可以自己找找看。我们也可以写个函数来判断系统是大端还是小端，代码如下：

int main(int arv,char** argv)
{
    union{
            short s;
            char c[sizeof(short)]
          }un;
    un.s=0x0102;
    printf("%s:",CPU_OS);
    if(sizeof(short)==2)
    {
        if(un.c[0]==1&&un.c[1]==2)
        {
            printf("big-endian\n");
        }else printf("little-endian\n");
    } 
    exit(0);   
}