tcp/udp，socket那些事儿

概念 ：
    tcp和udp，连接和无连接都是协议，是共享物理介质的传输数据的应用程序之间的约定。面向连接的协议维护了segment的状态和次序。

故障 :
       默认 无kee p alive：

拔网线或路 由器崩溃：发送端超时（重传12次大约9分钟）后放弃，接收端读errorno ETIMEOUT，如果没有读则要等到下一次写失败sigpipe。如果中间路由器无法转发则向源端发送 ICMP 目标主机不可达。

程序退出（包括崩溃）： 程序退出和正常调用 close无法区分，都会返回FIN表示退出，如果一端退出，
      另一端： 1.第一次写合法（接收到fin后还是能继续发送数据）第二次写的时候发现连接不存在，得到 RST RESET错误 2.读的时候得到 conn reset错误，继续写则被SIGPIPE信号中止，程序退出。

主机宕机： 宕机后无法通过FIN通知对方，对方会继续重传直到timeout。如果超时前宕机的主机重启了，此时收到重传的主机没有连接记录，向源返回rst，发送端得到ECONNRESET错误，如果发送端在读得到 conn reset错误，继续写则被SIGPIPE信号中止，程序退出。

开启keep alive情况下：

如果程序崩溃返回fin ， 如果主机可达但程序不存在（主机重启），则响应RSt，源端得到ECONNRESET 错误。

如果对方没有对keep alive响应ACK 或者RST，源端TIMEOU T（ 重试9次，每次间隔75秒，定时器2小时超时后的11.25分钟） 所 以程序自己做心跳还是必要的。

细节：

tcp写操作：

用户态拷贝到内核态写缓冲区后返回，只返回明显错误：socket无效或缓冲区无效。影响的因素有：发送窗口，拥塞窗口，写缓冲区大小，Nagle。

tcp是提高带宽利用率的协议，每次发送倾向mss大小，同时不能大于对端指定的大小（发送窗口），tcp只考虑了网络中路由器缓冲区耗尽情况（也是tcp的限制）所以有拥塞窗口和慢启动：为了防止网络拥塞（自律的协议）每次发送的不能大于对方指定的（发送窗口）和自己给自己限制的（拥塞窗口）。


    

慢启动：一开始指数级的增加拥塞窗口，到一个门阀值后变成线性的， 之后每次超时都把门阀值降低到原来一半（并且rto翻倍，TCP超时计算是RTOx2，这样连续丢三次包就变成RTOx8了，十分恐怖），拥塞窗口设置为1重新开始慢启动（指数级增加）。一切都是为了让路由器有时间处理积压的缓冲。（所以不适用于频繁断开连接的移动网络，这也是为什么以前的下载工具开多条tcp传输速度更快的原因）。

Nagle算法：第一次（此时没有等待ack确认，空闲连接）发送小包成功，第二次继续发送 ：哪怕发送窗口，拥塞窗口都很大，之前的包没有ack确认依旧不让发直到收到之前的 ack确认。

shutdown和close的区别:

close只是递减引用计数， shutdown的半关闭会影响所有的进程。

shutdown how=0 关闭读，读会返回eof

shutdown how=1 关闭写，任何写会出错，将缓冲区的发送完后会发送fin表示没有数据了，

收到对方发送的fin，recv会返回0。

listen 的第二个参数制定的是全连接队列大小（accept）

time_wait和close_wait

time_wait 出现在主动close方，为了防止新连接收到旧链接的数据包， 数量高 可以通过设置内核参数缩短时间降低数值（2msl）。可以通过 SO_LINGER关闭。

close_wait 出现在被动close方，数量高一般因为性能或者bug在收到fin后没有调用close。

SO_REUSEADDR

用于程序崩溃后重启，解决地址被占用问题（time_wait），另一个用途是开两个服务，第一个制定地址，第二个指定INADDR_ANY 通配地址，如果客户端连接的是制定地址一样会到第一个socket上。
      对于绑定于同一地址端口组合上的UDP socket，kernel尝试在它们之间平均分配收到的数据包；对于绑定于同一地址端口组合上的TCP监听socket，kernel尝试在它们之间平均分配收到的连接请求（调用accept()方法所得到的请求）。

Nagle和延迟ack的问题：

发送端数据未发送完，被nagle禁止发送（必须等待接收端的ack，也就是没有未确认的包才允许发送），此时接收端ack被延迟发送（希望将ack和数据一起发送提高带宽利用率）而发送方数据未发送完导致接收端无法回复，双方死锁。

已连接的UDP：

tcp的connect是开始三次握手，将远程的ip端口绑定到socket，而bind是绑定本地的ip端口。

udp没有三次握手，connect纯粹是本地行为，将远程的ip端口绑定到socket上。

已连接的udp可以不用sendto，sendto会先将socket和目的地址连接，然后发送数据后再断开，而已连接的已经绑定地址可以用write，提高效率（资料显示暂时连接断开所用的时间是传输udp数据的三分之一，还是很可观的）。异步错误的接收，使用sendto发送完系统就没有记录了，应用程序无法接收之后icmp返回的错误。

接收端已连接udp的好处： 可以标识哪个socket是哪个用户，另外还可以独占连接，再另一个地方调用recvfrom指定相同地址会返回ECONNREFUSED，因为此连接已经被绑定。