协议

协议：从应用角度讲，协议就是一组规则，用于数据的传输和解释

典型协议

应用层：HTTP、FTP、NFS、SSH、telnet

传输层：TCP、UDP

网络层：IP、ICMP、IGMP

链路层：以太网帧协议、ARP

网络应用程序设计模式

c/s模式：

客户端服务器端架构 client/server

• 优点：
  • 可以缓存数据，提高传输效率
  • 协议选择灵活，可定制、剪裁
• 缺点：
  • 安全性较差
  • 不支持跨平台
  • 开发工作量大

b/s模式：

浏览器服务器架构 browser/server

• 优点：
  • 安全性好
  • 支持跨平台
  • 开发工作量较小
• 缺点：
  • 数据无法缓存
  • 只能采用固定协议

分层模型

OSI七层模型

物、数、网、传、会、表、应

TCP/IP四层模型

链路层(网络接口层)、网络层、传输层、应用层

通信过程

数据没有封装之前，是不能在网络中传递的

协议格式

MAC地址：唯一标识一台主机（网卡）

IP地址：可以在网络环境中，唯一标识一台主机

端口号：可以在网络环境中的一台主机上，唯一标识一个进程

IP地址+端口号：可以在网络环境中，唯一标识一个进程

数据包封装

以太网帧格式

ARP协议：根据IP地址获取MAC地址(也叫以太网地址)

以太网帧协议：根据MAC地址，完成数据包传输

ARP数据报格式

ARP请求/应答：属于以太网帧格式中的一种（以太网帧首部类型为0806）

IP段格式

版本： IPv4(4字节)、IPv6(16字节)

TTL：即time to live，设置数据包在路由节点中的跳转上限。每经过一个路由节点，该值-1，减为0的路由，会将该数据包丢弃

源IP： 32位，即4字节

目的IP：4字节

生活中见到的192.159.32.68是点分十进制的IP地址，以及转化为string类型了，本质上是32位二进制

UDP数据报格式

源端口号：16位，那么最大是2^16 = 65536

目的端口号：16位

TCP数据报格式

六个标志位：

• SYN：即synchronize(同步)，用于请求建立连接
• ACK：即acknowledgment(确认)，用于确认已收到数据或请求，表示1021之前的数据都收到了
• FIN：即finish(结束)，用于请求关闭连接

TCP协议

TCP通信时序(三次握手和四次挥手)

三次握手在内核空间完成（不用手动操作），在用户空间层面上的体现是accept函数(服务器)和connect函数(客户端)成功执行并返回

滑动窗口(TCP流量控制)

发送给连接对方本端的缓冲区大小（实时），以提醒对方不要发来多于目前缓冲区大小的数据，避免数据丢失

※TCP状态转换

• 主动发起连接请求端：CLOSED→发送SYN→SYN_SENT→接收SYN、ACK→SYN_SENT→发送ACK→ESTABLISHED(数据通信态)
• 主动关闭连接请求端：ESTABLISHED→发送FIN→FIN_WAIT_1→接收ACK→FIN_WAIT_2(半关闭)→接收对端发送的FIN→FIN_WAIT_2→回发ACK→TIME_WAIT→等待2MSL时长(120s)→CLOSED
• 被动接收连接请求端：CLOSED→LISTEN→接收SYN→LISTEN→发送SYN、ACK→SYN_RCVD→接收ACK→ESTABLISHED
• 被动关闭连接请求端：ESTABLISHED→接收FIN→ESTABLISHED→发送ACK→CLOSE_WAIT(此时对端处于半关闭状态)→发送FIN→LAST_ACK→接收ACK→CLOSED

ps：可以通过命令netstat -apn | grep 端口号 查看服务器和客户端的当前状态

重点记忆：

• FIN_WAIT_2：主动关闭连接的一方，发出FIN收到ACK后进入该状态(半关闭)
• CLOSE_WAIT：被动关闭连接的一方，发送ACK后进入该状态，此时对端处于半关闭状态
• TIME_WAIT：主动关闭连接的一方，回发ACK后进入该状态，然后等待2MSL时长(120s)

半关闭

即FIN_WAIT_2状态

通信双方中，只有一端关闭通信 (但是连接还在，还能接收标志位)

导致半关闭的函数：

• close(cfd);
• shutdown(int fd, int how);
  • fd：文件描述符
  • how：
    • SHUT_RD 关读端
    • SHUT_WR 关写端
    • SHUT_RDWR 关读写

ps：shutdown()在关闭多个文件描述符应用的文件时，采用全关闭方法(即把所有重定向指向该文件的文件描述符全部关闭)，而close()只关闭一个文件描述符

2MSL

出现在【主动关闭连接请求端】对应TIME_WAIT状态

保证最后一个ACK能成功被对端接收

在2MSL等待期间，如果对端没收到我发的ACK，对端会再次发送FIN请求，这样我就知道你还没收到，我会再发ACK，等待2MSL时长，如果在这段时间里你没有应答了，就说明你大大概率收到我的ACK了，四次挥手结束，我总不能一直等下去吧

端口复用

目的：如果在某些情况下服务器必须主动断开连接(一般情况下是客户端主动)，那么服务器在TIME_WAIT状态后会等待2MSL时长，由于服务器所用的端口必须是固定的(否则客户端去哪里找你)且此时在2MSL时长中还在被占用，这时候重启服务器就会失败，为解决这种情况可以在bind之前设置端口复用

int opt = 1; //设置端口复用

setsockopt(listen_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, (void *)&opt, sizeof(opt)); //函数原型太复杂，暂不深究