TCP状况

TCP（传输操控协议）是一种面向衔接的、牢靠的传输协议，它界说了一套状况转化进程来办理通讯的衔接状况。以下是TCP状况转化的常见进程：

  1. CLOSED状况：初始状况，表明没有任何衔接存在。

  2. LISTEN状况：服务端进入此状况，等候客户端的衔接请求。

  3. SYN_SENT状况：客户端发送SYN（同步）包后进入此状况，表明请求衔接。

  4. SYN_RECEIVED状况：服务端接纳到客户端的SYN包后进入此状况，并发送回一个SYN和ACK（应对）包。

  5. ESTABLISHED状况：客户端收到服务端的SYN+ACK包后，发送一个ACK包承认衔接，进入此状况，表明衔接已建立。

  6. FIN_WAIT_1状况：自动封闭衔接的一方发送FIN（结束）包后，进入此状况，等候对方承认。

  7. CLOSE_WAIT状况：被迫封闭衔接的一方接纳到FIN包后，进入此状况，表明需求封闭衔接。

  8. FIN_WAIT_2状况：自动封闭衔接的一方等候对方发送ACK包的承认。

  9. LAST_ACK状况：被迫封闭衔接的一方发送ACK承认包后，进入此状况，等候对方的最终承认。

  10. TIME_WAIT状况：自动封闭衔接的一方接纳到对方最终承认后，进入此状况，等候一段时刻后开释衔接。

  11. CLOSED状况：最终一个ACK包发送完结后，衔接正式封闭，回到初始状况。

这些状况转化是TCP衔接的常见进程，通过这些状况的改变，TCP协议可以完结牢靠的、面向衔接的数据传输。

TCP状况转化图

TCP状态转换

TCP状态转换

TCP状态转换

TCP状况转化的典型流程如下：

  1. 服务端启动并进入LISTEN状况，等候客户端的衔接请求。

  2. 客户端建议衔接请求，向服务端发送SYN包。

  3. 服务端接纳到SYN包后，会发送SYN+ACK包作为应对。

  4. 客户端接纳到SYN+ACK包后，发送ACK包来承认衔接。此刻，衔接现已建立，进入ESTABLISHED状况。

  5. 数据传输阶段：在衔接建立的基础上，客户端和服务端进行数据的发送和接纳。

  6. 封闭衔接：当任一方决议封闭衔接时，会发送一个FIN包来表明结束。

  7. 接纳方收到FIN包后，会发送一个ACK包作为承认。

  8. 发送方接纳到ACK包后，进入FIN_WAIT_2状况，等候接纳方的最终承认。

  9. 接纳方发送完最终承认后，进入LAST_ACK状况，等候发送方的最终承认。

  10. 发送方收到接纳方的最终承认后，发送最终一个ACK包。

  11. 接纳方收到发送方的最终ACK包后，进入TIME_WAIT状况，等候一段时刻（通常是2倍的最大报文段生计时刻）。

  12. 彻底封闭衔接：在通过等候时刻后，接纳方封闭衔接并进入CLOSED状况。

这是TCP衔接的根本流程，通过这样的状况转化，两边可以进行牢靠的数据传输，并可以正确封闭衔接。这种面向衔接的机制保证了数据的牢靠性和次序性。

TIME_WAIT状况必要性

TIME_WAIT状况在TCP衔接的封闭进程中起着重要的作用，虽然它可能会引起一些人的疑问，但它是必要的。以下是TIME_WAIT状况的几个重要原因：

  1. 保证牢靠的衔接封闭：在TCP衔接封闭后，TIME_WAIT状况答应保证衔接正常终止。在此状况下，它答应相应的ACK包在网络中彻底传输和处理，以保证两边都已彻底封闭衔接。

  2. 牢靠处理重复数据包：TIME_WAIT状况继续一段时刻，可以处理在该状况下可能抵达的重复数据包。重复数据包可能在网络中停留并在一段时刻后抵达，因此TIME_WAIT状况可以正确处理这些数据包，避免与之前的衔接混淆。

  3. 答应端口重用：TIME_WAIT状况保证在相同的本地端口上从头创立衔接时不会出现抵触。如果没有TIME_WAIT状况，新衔接可能会与以前的衔接混淆，导致数据错乱或衔接复用问题。通过等候一段时刻，保证旧衔接彻底封闭后，可以安全地运用相同的端口。

  4. 避免”失序的衔接”问题：TIME_WAIT状况还可以防止来自前期衔接的数据传输到新的衔接中，从而避免了错误的数据传输和衔接失败等问题。

虽然TIME_WAIT状况可能会在一段时刻内占用一些系统资源并导致可用端口数削减，但它是保证TCP衔接正常封闭和保护衔接牢靠性的重要机制。它帮助避免衔接抵触和数据混乱，使TCP协议可以稳定和牢靠地作业。

端口复用

setsockopt()函数的原型如下：

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
int setsockopt(int sockfd, int level, int optname, const void *optval, socklen_t optlen);

参数说明如下：

  1. sockfd：套接字文件描述符，用于指定需求设置选项的套接字。

  2. level：选项的等级，用于指定选项所属的协议族或套接字类型。常见的选项等级有：

    • SOL_SOCKET：通用套接字选项，适用于一切协议族。
    • IPPROTO_TCP：TCP协议特定选项。
    • IPPROTO_IP：IP协议特定选项等。

  3. optname：选项的称号，用于指定要设置的详细选项。常见的选项包括：

    • SO_REUSEADDR：答应重用本地地址。
    • SO_KEEPALIVE：启用保持活动检测。
    • TCP_NODELAY：禁用 Nagle 算法，进步小数据包的实时性等。

  4. optval：指向存储选项值的缓冲区的指针。

  5. optlen：选项值的长度。

函数回来值为0表明设置选项成功，回来-1表明设置失败，并设置相应的错误码。

TCP状态转换

 int opt = 1;
 setsockopt(sockfd,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&opt,sizeof(opt));

close和shutdown

shutdown()和close()都是用于处理网络套接字（socket）的函数，它们在TCP衔接的封闭进程中扮演不同的角色。

  1. shutdown(): shutdown()函数用于封闭套接字的读取或写入功用或两者一起封闭。它供给了对TCP衔接进行精密操控的能力。shutdown()函数有两个参数：套接字描述符和封闭的方向。封闭方向可以是以下三个值之一：

    • SHUT_RD：封闭套接字的读取功用，也便是禁止从套接字中读取数据。
    • SHUT_WR：封闭套接字的写入功用，也便是禁止向套接字写入数据。
    • SHUT_RDWR：一起封闭套接字的读取和写入功用。 例如，shutdown(sockfd, SHUT_WR)会封闭套接字的写入功用，表明不再向套接字发送数据。

  2. close(): close()函数用于彻底封闭套接字衔接。当调用close()时，套接字会被立即封闭并开释相关资源。现已封闭的套接字不能再进行读取或写入操作。close()函数只需求一个参数，即套接字描述符，例如close(sockfd)就会封闭套接字。

在封闭TCP衔接进程中，通常会先运用shutdown()函数进行半封闭操作，然后再调用close()函数彻底封闭衔接。半封闭的作用是答应一方继续接纳对方发送的数据，一起暗示两边现已完结他们的任务，预备封闭衔接。彻底封闭衔接后，网络套接字会被彻底开释。

需求注意的是，封闭套接字后，套接字描述符在当前进程中将不再可用，无法再运用对应的套接字进行网络通讯。如果需求继续进行网络通讯，必须从头创立一个新的套接字。

总结来说，shutdown()函数用于封闭套接字的读取或写入功用，供给对TCP衔接的精密操控；而close()函数用于彻底封闭套接字衔接，开释相关资源。在TCP衔接的封闭进程中，通常会先进行半封闭操作，然后再彻底封闭衔接。