TCP POSIX API网络协议栈实现原理
有哪些底层api接口
服务器端
- socket
- bind
- listen
- accept
- recv
- send
- close
客户端
- connect
epoll
- epoll_create
- epoll_ctl
- epoll_wait
TCP的三个过程
建立连接
tcp和udp的connect函数的作用
tcp的connect 只有在服务器的状态是listen时，才能发送
udp的connect只是验证一下这条路径是否通畅，不会建立连接
三次握手发送在哪个函数
客户端：accept函数
服务器：listen和accept函数之间
半连接队列和全连接队列
当服务器绑定、监听了指定端口后，内核通常会为每一个LISTEN状态的socket维护两个队列：
- SYN队列（半连接队列）：由/proc/sys/net/ipv4/tcp_max_syn_backlog指定，表示处于 SYN_RECV 状态的队列
- ACCEPT队列（全连接队列）：由listen()函数的第二个参数 backlog 指定，内核硬限制由 net.core.somaxconn 限制，即实际的值由min(backlog,somaxconn) 来决定。表示已完成连接的队列，等待被 accept系统调用取走。
调用listen函数，会发生什么
服务器端将fd设置为listen状态，此时才能进行三次握手，第二个参数是syn半连接队列的长度，现在指的是三次握手完成后的队列，也就是全连接队列。
三次握手细节
客户端调用connect函数，就把IP地址端口号，copy到协议栈中，协议栈自身会准备一个包syn包，发给对端
服务器收到以后，将节点数据保存在syn半连接队列中，返回客户端一个ack syn包
客户端发送ack后，服务器将半连接队列中的节点移动到accept全连接队列中，该节点被称为TCB控制块。
第一次握手时，服务端需要在TCB中保存客户端的连接
第三次握手时，判断客户端数据是否存在半连接队列中，若存在，移动到全连接队列中。
服务器调用accept函数，做了什么
- 从全连接队列中取出一个连接节点
- 把节点分配一个fd ，返回fd
服务器调用accept时，全连接队列中没有TCB控制块会怎么样
如果全连接队列中没有连接节点，就会进入阻塞等待
如果listenfd设置为非阻塞，判断全连接队列中是否有连接节点，没有则返回
SYN队列满会发生什么情况
如果SYN队列满，则会直接丢弃连接请求。
比如syn floods 攻击就是针对半连接队列的，攻击方不停地建连接，但是建连接的时候只做第一步，第二步中攻击方收到server的syn+ack后故意扔掉什么也不做，server需要一个超时时间把这个连接断开，否则大量这样的连接导致server上这个队列满其它正常请求无法进来。
ACCEPT队列满会发生什么情况
如果ACCEPT队列满了，server 通过 /proc/sys/net/ipv4/tcp_abort_on_overflow 来决定如何返回：
- tcp_abort_on_overflow 为 0，不会把连接从SYN队列中移除，server过一段时间再次发送syn+ack给client（也就是重新走握手的第二步），这样来回重发几次，次数由 /proc/sys/net/ipv4/tcp_synack_retries(centos默认为 5 ) 指定，如果三次握手第三步的时候 ACCEPT 队列一直是满，那么server扔掉client 发过来的 ACK（在server端认为连接还没建立起来）；
- tcp_abort_on_overflow 为 1 ，表示第三步的时候如果 ACCEPT 队列满了，server发送一个RST包给client，表示废掉这个握手过程和这个连接（本来在server端这个连接就还没建立起来），客户端会出现 connection reset by peer 的异常。
如何找到半连接队列中的TCB控制块
通过五元组，源ip 目的ip 源端口 目的端口 协议 五个因素决定。
TCB控制块中需要存储哪些信息
tcp状态机的11个状态、发送缓冲区和接收缓冲区
传输过程
tcp是如何保证单个数据包的顺序的？这样做有什么缺点
每接收到一个包，协议栈就会启动一个200ms的定时器，每接收到一个包，就会重置这个定时器。如果哪个包超时，则会重发以后的包。
缺点：确认时间长，ack的意思是此号包之前的数据全部收到，后面的包没有收到，后面的包即使收到了，前面的包也会重发。
多个数据包的收发，慢启动，拥塞控制
- 第一阶段（慢启动）：第一次发1个包，第二次发2个包，第三次8个包，以2的指数方式增长发送数据包的个数，当达到门限值，进入第二阶段。
- 第二阶段（拥塞控制）：在第一阶段进入第二阶段后，发包数量按照固定的斜率增长，当发送数据包到达一定数据，发送数据包个数变为原来的一半，继续增长发送。主要是为了控制流量。
数据传输过程中调用send函数会发生什么
调用copy_from_user将数据从用户空间拷贝到协议栈的sendbuffer中，数据发送的过程是在协议栈中解决的
断开连接
四次挥手细节
在右端看来，对端调用close，读关闭
接收到了fin包，epoll中就能触发EPOLLRDHUP
自己也发送fin包，收到ack后，fd会触发epollhub
出现大量的time_wait？
主动方(主动先调用close的一端)才会产生time_wait 1. 这时查看自己的逻辑；2. 通过setsockopt()设置为reuse(重用)，使tcb不被释放而重用，一定程度上减少time_wait
出现大量的close_wait？
接收到主动发送的fin包以后，recv返回0，调用close的过程延迟，因为此时需要处理业务，发生未发送的数据。
解决方法，收到返回的0以后立即调用close，资源的释放等行为交给线程处理
出现大量fin_wait_1或者2？
客户端没有接收到ack包，导致长期处于fin_wait_1的状态。解决方法：无解只能kill
UDP
UDP应用场景
- 大量数据传输，下载，会影响别人用网
- 游戏，实时性
- dns协议udp用在请求，回应的时候，采用tcp
UDP的并发怎么做
接收不同客户端的数据，只通过一个buffer接收，很难区分清楚是哪个客户端发的数据，可能产生脏数据。
用udp模拟tcp的方式
在客户端和服务器第一次发送数据的时候，服务器接收到数据以后为其分配一个新的fd以及一个对应的端口号，再从对应的端口号send出来。一个fd对应一个客户端。
- recvfrom(&addr)接受一个客户端的信息，拿出IP地址的端口
- 新建一个fd，调用sendto(fd,)发给对方的ip地址和端口号