网络原理 -Posix API

思考

• Posix API 有哪些？
• 三次握手的过程 ？发生在什么函数中？
• Accept发生在三次握手的哪一步？
• 数据发送过程怎么解决粘包分包的问题？
• 四次挥手过程？服务器出现大量的close_wait()原因？
• 被动方， 主动方的tcb的回收是在什么时候？
• websocket 为什么设置FIN位？
• TCP在listen时的参数backlog的意义？

八种Posix API

Tcp server：1.socket();2.bind();3.listen();4.accept();5.recv();6.send();7.close()
Tcp client：1.socket();2.bind()(optional);3.connect();4recv();5.send();6.close()
非必须设置的socket参数：setsockopt();getsockopt()。
bind() 的主要作用：接受或者发送数据，用来填充本机的IP与端口。

socket是什么？

socket：插和座，socket有两部分组成fd与tcb，即文件描述符，tcb即tcp控制块，就像插座一样，插就是fd，是文件系统中的文件描述符，可以被“操作的”。tcb在协议栈当中，我们“不需要管”，就像所谓的座，不用管具体是什么样。当操作fd，调用send()，fd的数据就放到sendbuffer中，当调用recv()时将recvbuffer中的数据放到fd中。

socket 5元组

站在客户端角度来说socket五元组（remoteip, remoteprot, localip, localport,proto）中remoteip与remoteprot 为远端IP和端口，即服务器的IP和端口，localip与localport为本地IP和端口，即客户端IP和端口，proto是协议。

站在服务器角度来说（source ip, source port, dest ip, dest port, proto）中source ip与source port为源IP与端口，即客户端IP与端口，dest ip与dest port 为目的IP与端口，即服务器IP与端口，proto是协议

// socket创建的fd从3开始
//0为stdin，1为stdout，2为stderr
int fd = socket();
fd = 3

“一见钟情”与“移情别恋”

三次握手过程

三次握手发生在connect()函数里面。connect()类似一个导火索。

int clientfd = accept();
只做两件事情：1、从全连接队列取出一个节点；2、为该节点分配fd放到。
fd -->tcb,通过五元组

数据的发送

为什么会出现粘包或拆包以及怎么解决？

粘包粘包简单的来讲就是接收端收的次数比发送端发送的次数少，出现两个包合在一起的情况。
简单说有以下几种情况：
1.TCP将多次写入缓冲区的数据一次发送出去，将会发生粘包。
2.接收数据端的应用层没有及时读取接收缓冲区中的数据，将发生粘包。
3.待发送数据大于最大报文长度（MMS）,TCP在传输前将进行拆包。
4.发送的数据大于TCP发送缓冲区剩余空间大小，将会发生拆包。

简单的来说，TCP是基于字节流的，即使应用层和TCP传输层之间的数据交互是大小不等的数据块，然而TCP把这些数据块仅仅看成一连串无结构的字节流，没有边界。从TCP的帧结构也可以看出，在TCP的首部没有表示数据长度的字段，基于这两点，TCP传输数据时，才会出现粘包或者拆包现象的可能。

解决方式，简述两种解决思路：1.在协议前加上要传输数据长度。2.加上包的分隔符。
另外，这里还有一个问题，如何保证我们接收的数据是顺序的？所谓的顺序，就是先发的先到。这里要说的就是延迟ack，它可以保证所谓的“顺序”。

留一个思考：Tcp已经这么强了，为什么还要有UDP?

四次挥手的过程

主动方调用close()函数后，fin位置1，申请断开连接。

服务器出现大量的close_wait()原因与解决方式？
原因：
1.没有及时调用close()函数。
2.业务逻辑的问题。
简述解决方案： 要么提前调用close(),要么将业务信息放在线程池去处理，close放在另一个线程中去处理。

websocket 为什么设置FIN位？
把业务买用户数据清空，防止出现大量的close_wait()，再完成这些操作以后再调用close()关闭。

思考问题：作为客户端，做一个业务的请求（如http的请求），请求第三方的业务。出现一种情况，客户端一直处于fin_wait2的状态（可能由于在server端中close之前，服务器掉电客户端直接进入fin_wait2的状态），
要么这个问题就不解，再启动一个连接。如果FIN_WAIT_2的超时时间（tmo）大于TCP_TIMEWAIT_LEN（60秒）的时长，启动keepalive定时器，定时时长为二者之差（tmo - TCP_TIMEWAIT_LEN）。

client与server同时发送fin的情况

服务器出现大量的time_wait怎么做？
**简述原因：**应用中产生大量TIME_WAIT状态的根本原因是频繁创建断开连接TCP连接。要解决TIME_WATIT状态过多的问题，就要分析我们的应用把频繁创建的短连接改为长连接。
    后台业务服务器，通常需要调用redis、mysql以及其他http服务和grpc服务，在服务相互调用中，如果使用的是短连接，高并发时就会产生大量TIME_WAIT。一般情况下，redis等客户端会有连接池，我们要做的是设置好相关的连接服用参数，一般会有连接数、连接重用时间、连接空闲数等。所以在应用中通过设置合理的连接池参数可以避免TIME_WAIT状态过多的问题。

总结

1）POSIX API八个，socket(), bind()具体作用;
2）三次握手的过程，中间发生在哪些API当中，connect()是怎么调用，listen()，accept()是怎么执行；
3）数据传输的过程，send()拷贝数据到sendbuffer中，内核协议栈决定怎么去发送，recv()将recvbuffer中将数据拷出来；
4）四次挥手，断开连接的过程，close()的操作，以及相关过程中遇到的问题。
5>client与server同时发送fin。