【项目 计网8】4.23 TCP状态转换 4.24半关闭、端口复用

文章目录

• • [4.23 TCP状态转换](#4.23 TCP状态转换)
  • • 关于三次握手四次挥手
  • 4.24半关闭、端口复用
  • • 端口复用

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4.23 TCP状态转换

• 2MSL(Maximum Segment Lifetime)
  主动断开连接的一方，最后进入一个TIME_WAIT状态，这个状态会持续：2msl
  msl：官方建议：2分钟，实际是30s

当 TCP 连接主动关闭方接收到被动关闭方发送的 FIN 和最终的 ACK 后，连接的主动关闭方必须处于TIME_WAIT 状态并持续 2MSL 时间。

这样就能够==让 TCP 连接的主动关闭方在它变成TIME_WAIT状态以后发送的最后一个 ACK 丢失的情况下，重新发送最终的 ACK。==最后这个ACK如果没有被B接收到(超时重传的计时内，小于2MSL)，那么B就会再发一个FIN给A。

主动关闭方重新发送的最终 ACK 并不是因为被动关闭方重传了 ACK（它们并不消耗序列号，被动关闭方也不会重传），而是因为被动关闭方重传了它的 FIN。事实上，被动关闭方总是重传 FIN 直到它收到一个最终的 ACK。

关于三次握手四次挥手

在握手的时候，第二次握手如果服务器不同意建立连接，直接不发ACK就可了。如果同意就发送ACK。当中没有数据牵扯。

但是！断开连接的时候，比如A发完了所有消息准备断开。就会有前两次挥手。但此时B很有可能还有信息要发送给A。所以二三次挥手之间可能会间隔很长时间。直到B也决定断开连接，才会有三四次挥手。

注意：一旦一二次挥手成功，A就只能回复B的消息收到了，而不能再给B发送新的报文。因为此时A到B的连接以及断开。只是B到A还没断开。

B一般会受到所有ACK以后才会进行第三四次挥手。

4.24半关闭、端口复用

• 半关闭

当 TCP 链接中 A 向 B 发送 FIN 请求关闭，另一端 B 回应 ACK 之后（A 端进入 FIN_WAIT_2状态），并没有立即发送 FIN 给 A，A 方处于半连接状态（半开关），此时 A 可以接收 B 发送的数据，但是 A 已经不能再向 B 发送数据。

使用 close 中止一个连接，但它只是减少描述符的引用计数，并不直接关闭连接，只有当描述符的引用计数为 0 时才关闭连接。shutdown 不考虑描述符的引用计数，直接关闭描述符。也可选择中止一个方向的连接，只中止读或只中止写。

注意:

1. 如果有多个进程(多线程)共享一个套接字，close 每被调用一次，计数减 1 ，直到计数为 0 时，也就是所用进程都调用了 close，套接字将被释放。
2. 在多进程(多线程)中如果一个进程调用了 shutdown(sfd, SHUT_RDWR) 后，其它的进程将无法进行通信。
3. 因为 shutdown是用于改变底层套接字的状态的，而close改变的只是文件描述符的引用计数。

tcp_server.c

#include <stdio.h>
#include <ctype.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

int main(int argc, char *argv[]) {

    // 创建socket
    int lfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);

    if(lfd == -1) {
        perror("socket");
        return -1;
    }

    struct sockaddr_in saddr;
    saddr.sin_family = AF_INET;
    saddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    saddr.sin_port = htons(9999);
    
    //int optval = 1;
    //setsockopt(lfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &optval, sizeof(optval));

    int optval = 1;
    setsockopt(lfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEPORT, &optval, sizeof(optval));

    // 绑定
    int ret = bind(lfd, (struct sockaddr *)&saddr, sizeof(saddr));
    if(ret == -1) {
        perror("bind");
        return -1;
    }

    // 监听
    ret = listen(lfd, 8);
    if(ret == -1) {
        perror("listen");
        return -1;
    }

    // 接收客户端连接
    struct sockaddr_in cliaddr;
    socklen_t len = sizeof(cliaddr);
    int cfd = accept(lfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, &len);
    if(cfd == -1) {
        perror("accpet");
        return -1;
    }

    // 获取客户端信息
    char cliIp[16];
    inet_ntop(AF_INET, &cliaddr.sin_addr.s_addr, cliIp, sizeof(cliIp));
    unsigned short cliPort = ntohs(cliaddr.sin_port);

    // 输出客户端的信息
    printf("client's ip is %s, and port is %d\n", cliIp, cliPort );

    // 接收客户端发来的数据
    char recvBuf[1024] = {0};
    while(1) {
        int len = recv(cfd, recvBuf, sizeof(recvBuf), 0);
        if(len == -1) {
            perror("recv");
            return -1;
        } else if(len == 0) {
            printf("客户端已经断开连接...\n");
            break;
        } else if(len > 0) {
            printf("read buf = %s\n", recvBuf);
        }

        // 小写转大写
        for(int i = 0; i < len; ++i) {
            recvBuf[i] = toupper(recvBuf[i]);
        }

        printf("after buf = %s\n", recvBuf);

        // 大写字符串发给客户端
        ret = send(cfd, recvBuf, strlen(recvBuf) + 1, 0);
        if(ret == -1) {
            perror("send");
            return -1;
        }
    }
    
    close(cfd);
    close(lfd);

    return 0;
}

tcp_client.c

#include <stdio.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>

int main() {

    // 创建socket
    int fd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if(fd == -1) {
        perror("socket");
        return -1;
    }

    struct sockaddr_in seraddr;
    inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &seraddr.sin_addr.s_addr);
    seraddr.sin_family = AF_INET;
    seraddr.sin_port = htons(9999);

    // 连接服务器
    int ret = connect(fd, (struct sockaddr *)&seraddr, sizeof(seraddr));

    if(ret == -1){
        perror("connect");
        return -1;
    }

    while(1) {
        char sendBuf[1024] = {0};
        fgets(sendBuf, sizeof(sendBuf), stdin);

        write(fd, sendBuf, strlen(sendBuf) + 1);

        // 接收
        int len = read(fd, sendBuf, sizeof(sendBuf));
        if(len == -1) {
            perror("read");
            return -1;
        }else if(len > 0) {
            printf("read buf = %s\n", sendBuf);
        } else {
            printf("服务器已经断开连接...\n");
            break;
        }
    }

    close(fd);

    return 0;
}

端口复用

端口复用最常见的用途是：

• 防止服务器重启时之前绑定的端口还未释放

• 程序突然退出而系统没有释放端口

  （没有被释放的端口就无法再次建立连接)

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
//设置套接字属性（不仅仅能设置端口复用）set socket option
int setsockopt(int sockfd,int level,int optname,const void* optval,socklen_t optlen);
-sockfd:打开的套接字的文件描述符
-level:级别 SOL_SOCKET（端口复用的级别）
-optname:
	-SO_REUSEPORT	允许重用端口复用
	-SO_REUSEADDR   允许重用地址复用
-optval:端口复用的值（整形）
	-1：可以复用
	-0：不可以复用
-optlen：optval参数的大小

端口复用，设置的时机是在服务器端口绑定端口之前

常看网络相关信息的命令：netstat (netstate)

参数：

• a 所有的socket （all）

• p 显示正在使用socket的程序名称(programs)

• n 直接使用IP地址，而不通过域名服务器(numric)

netstat -anp|grep 9999

有三个socket是因为服务器端有一个监听还有个数据通信的。

grep 9999：这个命令会筛选出包含 "9999" 这个数字的行。

所以整个命令的目的是查看哪些进程或连接正在使用端口 "9999"。

在通信过程中，状态不发生改变