- TCP简介
TCP服务：
TCP将用户数据打包构成报文段，它发送数据时启动一个定时器，另一端收到数据进行确认，对失序的数据重新排序，丢弃重复的数据。TCP提供一种面向连接的可靠的字节流服务，面向连接意味着两个使用TCP的应用（B/S）在彼此交换数据之前，必须先建立一个TCP连接，类似于打电话过程，先拨号振铃，等待对方说喂，然后应答。在一个TCP连接中，只有两方彼此通信。
TCP可靠性来自于：
（1）应用数据被分成TCP最合适的发送数据块
（2）当TCP发送一个段之后，启动一个定时器，等待目的点确认收到报文，如果不能及时收到一个确认，将重发这个报文。
（3）当TCP收到连接端发来的数据，就会推迟几分之一秒发送一个确认。
（4）TCP将保持它首部和数据的检验和，这是一个端对端的检验和，目的在于检测数据在传输过程中是否发生变化。（有错误，就不确认，发送端就会重发）
（5）TCP是以IP报文来传送，IP数据是无序的，TCP收到所有数据后进行排序，再交给应用层
（6）IP数据报会重复，所以TCP会去重
（7）TCP能提供流量控制，TCP连接的每一个地方都有固定的缓冲空间。TCP的接收端只允许另一端发送缓存区能接纳的数据。
（8）TCP对字节流不做任何解释，对字节流的解释由TCP连接的双方应用层解释。
TCP消息
TCP数据是封装在一个IP数据中。
TCP消息头
TCP三次握手
TCP是一个面向连接的协议，无论哪一方向另一方发送数据之前，都必须先在双方之间建立一条连接，建立一条连接有以下过程。
1、请求端（客户端）发送一个SYN段指明客户打算连接的服务器的端口，以及初始序列号（ISN），这个SYN为报文段1.
2、服务器发回包含服务器的初始序列号的SYN报文段（报文段2）作为应答。同时，将确认序号设置为客户的ISN加1以对客户的SYN报文段进行确认。一个SYN将占用一个字符。
3、客户必须将明确序号设置为服务器的ISN加1以对服务器的SYN报文段进行确认（报文段3）
4、这三个报文段完成连接的建立，这个过程成为三次握手。
TCP终止连接过程（四次挥手）
1、客户端进程发出连接释放报文，并且停止发送数据。释放数据报文首部，FIN=1，其序列号为seq=u（等于前面已经传送过来的数据的最后一个字节的序号加1），此时，客户端进入FIN-WAIT-1（终止等待1）状态。 TCP规定，FIN报文段即使不携带数据，也要消耗一个序号。
2、服务器收到连接释放报文，发出确认报文，ACK=1，ack=u+1，并且带上自己的序列号seq=v，此时，服务端就进入了CLOSE-WAIT（关闭等待）状态。TCP服务器通知高层的应用进程，客户端向服务器的方向就释放了，这时候处于半关闭状态，即客户端已经没有数据要发送了，但是服务器若发送数据，客户端依然要接受。这个状态还要持续一段时间，也就是整个CLOSE-WAIT状态持续的时间。
客户端收到服务器的确认请求后，此时，客户端就进入FIN-WAIT-2（终止等待2）状态，等待服务器发送连接释放报文（在这之前还需要接受服务器发送的最后的数据）。
3、服务器将最后的数据发送完毕后，就向客户端发送连接释放报文，FIN=1，ack=u+1，由于在半关闭状态，服务器很可能又发送了一些数据，假定此时的序列号为seq=w，此时，服务器就进入了LAST-ACK（最后确认）状态，等待客户端的确认。
客户端收到服务器的连接释放报文后，必须发出确认，ACK=1，ack=w+1，而自己的序列号是seq=u+1，此时，客户端就进入了TIME-WAIT（时间等待）状态。注意此时TCP连接还没有释放，必须经过2∗MSL（最长报文段寿命）的时间后，当客户端撤销相应的TCB后，才进入CLOSED状态。
4、服务器只要收到了客户端发出的确认，立即进入CLOSED状态。同样，撤销TCB后，就结束了这次的TCP连接。可以看到，服务器结束TCP连接的时间要比客户端早一些。
connect及bind、listen、accept背后的三次握手
首先明确三次握手发生在什么时候。
经过我的验证，在客户端执行connect的时候，便是向已经listen的服务器发出三次握手，等connect返回的时候，三次握手已经完成，和accept没有任何关系。验证过程如下。
客户端程序只执行到connect，服务器端程序只执行到listen，然后用tcpdump对本地进行抓包。这里要注意tcpdump想抓本地还回的包需要监听 lo 也就是tcpdump -i lo port 12346
再用netstat观察端口状态 发现两边都是establish
int main ()
{
int sock;
sock=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
assert(sock>=0);
struct sockaddr_in addr;
memset(&addr,0,sizeof(addr));
addr.sin_family=AF_INET;
addr.sin_port=htons(12346);
inet_pton(AF_INET,"127.0.0.1",&addr.sin_addr);
int err=connect(sock,(sockaddr*)&addr,sizeof(addr));
assert(err==0);
sleep(10000);
}
int main ()
{
int listenfd;
listenfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
assert(listenfd>=0);
int opt=1;
setsockopt(listenfd,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&opt,sizeof(opt));
struct sockaddr_in addr;
memset(&addr,0,sizeof(addr));
addr.sin_family=AF_INET;
addr.sin_port=htons(12346);
inet_pton(AF_INET,"127.0.0.1",&addr.sin_addr);
int err=bind(listenfd,(sockaddr*)&addr,sizeof(addr));
assert(err==0);
err=listen(listenfd,10);
assert(err==0);
sleep(10000);
}
再来看listen函数的参数。它的作用是告诉内核设置连接队列的长度。
内核为每一个listen状态的套接字设置两个队列，未完成连接队列和已完成连接队列，这两个队列共用listen设置的连接长度。
当客户端发送syn报文的时候，服务器检测连接队列是否已满，如果满了就丢弃这个syn，如果没满就把这个链接放入未完成队列，发送ack和syn，当客户端收到ack和syn之后，会发送ack报文，并且从connect返回，服务器收到这个ack后把连接从未完成队列中取出放入已完成队列，等待accept把这个链接取走。此时三次握手已经全部完成，两端连接都是establish状态。
实际上连接在未完成队列中的时间是很短的，这段时间代表服务器发送syn和ack并且从客户端收到ack的时间，没有特殊情况的话，一般很快就会完成，但是如果服务器发送syn+ack后超过一定时间都没有收到客户端的ack，服务器会把这个链接丢弃掉，超时时限一般被设为75秒。
以下是我把listen的参数设为1，开了三个客户端向同一个服务器发起连接，并且服务器没有accept的抓包情况。
可见在等待队列里最多有两个链接，第三个client一直在发送syn，因为没有收到ack，所以执行超时重传，超时时间每次*2。打印了每个client从connect返回后的errno。
errno110表示 Connection timed out
最后来说accept。这个函数只是把已完成队列中的链接取出来，如果已完成连接队列里没有连接，accept就会阻塞。
这里要说一点，就算是队列满了，新的client在发起连接之后，服务器也并没有拒绝他的syn，只是把它丢弃了，这样client还是会向服务器发送syn，只不过因为超时重传机制，每次发送的间隔时间会变长，如果在这个阶段服务器accept了已完成的连接，那么连接队列就会空出来，这样受到syn后，服务器还是会正常的和客户端完成三次握手。