从源码角度配合网络编程函数API 分析下 三握手四挥手都做了什么

news2024/9/23 7:22:25

首先我们先说下网络编程API:

数据在网络上通信,通信的双方一个是 客户端, 一个是 服务器

更具体来说,不是 客户端和服务器这两个机器在  经由互联网   进行通信,

                       而是 客户端上的某一进程 与 服务器端的某一进程  进行通信。

因此,客户端与服务器间的通信  是  一个进程间通信,只不过通信的两个进程不在同一机器上。

所以进程间通信方式 实际上有 ①管道(命名管道、无名管道);②消息队列;③共享内存;④信号量;⑤信号;⑥套接字Socket 这6种方式

其中的 套接字Socket 通信就是指 不在同一机器上,需要经由网络进行通信的 进程间通信方式

【具体详见: XXXXX插入一条链接】--》链接内容就是socket 作为内河中的缓冲区,是如何被fd指向来接受梁金成穿来穿去的数据的


现在,客户端进程 与 服务器进程要通信,如何使用Socket套接字呢,需要以下流程:

不加任何IO复用技术的客户端与服务器之间数据的交换调用函数如下:

 使用epoll来监听的socket通信流程调用API如下:(图中只画了三次握手和传输数据,没画关闭连接阶段,,,)

 但,无论是哪种方式(无论是程序员自己写逻辑轮询监听文件描述符还是使用select\poll\epoll),客户端与服务器间建立连接【发生三次握手】的位置都是:connect()函数 与 accept()函数交互的位置,如下图所示:

 


首先,让我们通过三次握手四次挥手过程的状态 来解释一下:

 连接建立阶段:

第一次握手:客户端的应用进程  向 服务器端 发出连接请求报文:发送连接请求后,客户端状态变为 "SYN_SENT"

请求报文内容为:其首部中:SYN值置为1 ;seq=x


第二次握手:服务器应用进程 响应 客户端的连接请求,向客户端发回 确认报文和连接请求 : 而后,服务器端的状态变为 "SYN_RECV"

请求报文内容为:其首部中:SYN值置为1,ACK值置为1 ;ack=x+1,seq=y。


第三次握手:客户端收到确认报文之后,通知上层应用进程连接已建立,并向服务器发出确认报文:而后,客户端状态变为 "ESTABLISHED"

请求报文内容为:其首部中:ACK值置为1,ack=y+1

(服务器端 收到 第三次握手客户端发来的确认报文,状态也变为 "ESTABLISHED")


至此,TCP连接就建立了,客户端和服务器可以愉快地玩耍了。只要通信双方没有一方发出连接释放的请求,连接就将一直保持。
 

 连接释放阶段:(假设客户端主动关闭连接)

第一次挥手:客户端发送一个断开连接包(FIN包):而后,客户端状态变为 "FIN_WAIT_1"

请求报文内容为:其首部中:FIN值置为1,ACK值置为1 ;ack=... ,seq=... 。

(当然,在fin包之前发送出去的数据,如果没有收到对应的ack确认报文,主动关闭方依然会重发这些数据)

第二次挥手:服务器端收到FIN包后,发送一个确认包给对方:而后,服务器端的状态变为 "CLOSE_WAIT"

请求报文内容为:其首部中:ACK值置为1 ;ack=... 。


第三次挥手:服务器端发送一个FIN包,告诉客户端我的数据也发送完了,不会再给你发数据了:而后,服务器端的状态变为 "LAST_ACK"

请求报文内容为:其首部中:FIN 值置为1,ACK值置为1 ;ack=...


第四次挥手:客户端 接收到 服务器端发来的FIN包,发送一个ACK给服务器端,状态转换为:"TIME_WAIT"

服务器端接收到 客户端发来的ACK包,断开与客户端的连接

客户端处于 “TIME_WAIT”状态 2MSL 时间后,也断开连接,进入"CLOSE"状态

至此,完成四次挥手


三次握手发生在 connect()函数 和  accept() 函数中:我们先了解到大致的过程,而后分析源码:

服务器端接收到 connect()函数实现的对服务器端的连接请求后,accept()函数与之交互:

connect()函数调用时:

由于服务器端的ip和port都已经作为地址参数传入给connect(),因此,第一次握手时,connect()函数去封装好一个SYN包,并且在该SYN包中也写明了 seq内容、window 大小等一系列后续数据传输的参数信息,并将自己的状态置为 SYN_SEND;第二次握手时,首先判断自己socket()此时状态是“SYN_SEND”,而后接受服务器端返回的ACK包,解析出ACK应答包中的通信socket的具体内容,

客户端通过这个函数获得对端的地址信息(ip地址和端口号),另外本地ip地址也是在这个函数中指定的。三次握手阶段起于 connect 函数

自动绑定一个端口号,客户端自动绑定端口号是在connect函数中实现的

【我的问题的回答:socket的accept函数解析以及服务器和多个客户端的端口问题_accept能连接几个客户端_L未若的博客-CSDN博客】

首先在内存中malloc出一个新的socket空间用于与此次连接请求的客户端链接通信,而这个新的

请求报文内容为:其首部中:FIN 值置为1,ACK值置为1 ;ack=...

接收数据的序列号问题:

SYN 和 FIN 都有seq序号)

NOTE:
(1)主动端出现大量的FIN_WAIT1时需要注意网络是否畅通、出现大量的FIN_WAIT2需要仔细检查程序为何迟迟收不到对端的FIN(可能是主动方或者被动方的bug)、出现大量的TIME_WAIT需要注意系统的并发量/socket句柄资源/内存使用/端口号资源等。
(2)被动端出现大量的 CLOSE_WAIT 需要仔细检查为何自己迟迟不愿调用close关闭连接(可能是bug,socket打开用完没有关闭)
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TCP协议三次握手_三次握手协议_小何在线的博客-CSDN博客

被鹅厂面怕了:TCP 连接异常的问题 - 知乎 

序列号 seq应答没有处理

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