TIME_WAIT状态总结

这个知识点在写代码上，感觉还是挺重要的，打算总结一下吧。
打算从以下5个方面去总结。
一：TIME_WAIT状态是什么
首先，这个是TCP状态转换图里面的某个状态。这个可以参考unix网络编程。

从图中可以看出，在一个客户端与服务器通信的过程当中，主动关闭的一方会进入这个状态。
二：TIME_WAIT状态怎么出现的
好了，其实第一点已经说明了，这个状态是怎么出现的了，就是，主动关闭的一方会进入这个状态。

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

#define SERV_PORT 9000  //本服务器要监听的端口号，一般1024以下的端口很多都是属于周知端口，所以我们一般采用1024之后的数字做端口号

int main(int argc, char *const *argv)
{    
    //这些演示代码的写法都是固定套路，一般都这么写

    //服务器的socket套接字【文件描述符】
    int listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);    //创建服务器的socket，大家可以暂时不用管这里的参数是什么，知道这个函数大概做什么就行

    struct sockaddr_in serv_addr;                  //服务器的地址结构体
    memset(&serv_addr,0,sizeof(serv_addr));
    
    //设置本服务器要监听的地址和端口，这样客户端才能连接到该地址和端口并发送数据
    serv_addr.sin_family = AF_INET;                //选择协议族为IPV4
    serv_addr.sin_port = htons(SERV_PORT);         //绑定我们自定义的端口号，客户端程序和我们服务器程序通讯时，就要往这个端口连接和传送数据
    serv_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); //监听本地所有的IP地址；INADDR_ANY表示的是一个服务器上所有的网卡（服务器可能不止一个网卡）多个本地ip地址都进行绑定端口号，进行侦听。

    int result;
    result = bind(listenfd, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr));//绑定服务器地址结构体
    if(result  == -1)
    {
        char *perrorinfo = strerror(errno); 
        printf("bind返回的值为%d,错误码为:%d，错误信息为:%s;\n",result,errno,perrorinfo);
        return -1;
    }
    result = listen(listenfd, 32);     //参数2表示服务器可以积压的未处理完的连入请求总个数，客户端来一个未连入的请求，请求数+1，连入请求完成，c/s之间进入正常通讯后，请求数-1
    if(result == -1)
    {        
        char *perrorinfo = strerror(errno); 
        printf("listen返回的值为%d,错误码为:%d，错误信息为:%s;\n",result,errno,perrorinfo);
        return -1;
    }

    int connfd;
    const char *pcontent = "I sent sth to client!\n"; //指向常量字符串区的指针
    for(;;)
    {
        //卡在这里，等客户单连接，客户端连入后，该函数走下去【注意这里返回的是一个新的socket——connfd，后续本服务器就用connfd和客户端之间收发数据，而原有的lisenfd依旧用于继续监听其他连接】        
        connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr*)NULL, NULL);

        //发送数据包给客户端
        write(connfd,pcontent,strlen(pcontent)); //注意第一个参数是accept返回的connfd套接字
        printf("本服务器给客户端发送了一串字符~~~~~~~~~~~!\n");
        
        //只给客户端发送一个信息，然后直接关闭套接字连接；
        close(connfd); 
    } //end for
    close(listenfd);     //实际本简单范例走不到这里，这句暂时看起来没啥用
    return 0;
}

使用以上程序作为服务端，然后用telnet作为客户端，发起连接，这个时候，根据程序说明，会马上关闭这个连接，然后，我们用netstat命令观察可以看到除了有一个端口处于监听状态意外，还有的就是出现了TIME_WAIT这个状态了。
三：TIME_WAIT状态出现了有什么影响
感觉第二点出现的情况，如果我们马上关闭这个服务端程序，然后又重新启动，这个时候你会发现这个程序启动失败失败的原因是bind error了，提示地址已复用，也就是同一个地址和端口只能同时绑定一次。我们试想，如果在服务端处理大量连接的时候，某个时候，服务端挂掉了，这个时候由于TIME_WAIT状态的存在，导致程序运行不起来，那不坏菜了，服务端还怎么提供服务？？
四：为什么要有TIME_WAIT状态
我们再来谈谈为什么需要这个状态？什么，居然要有这个状态？？第三点不是说有这个状态会有不好的情况吗？当然，先别急，既然这个状态的出现就有他出现的道理，对于第三点出现时会有一些影响，当然，我们也是可以避免的，我们在第五点去谈这个问题。

为什么要有这个状态，参考了unix网络编程当中谈到的两点。
一：:可靠地实现TCP全双工的终止。

这句话怎么理解呢？我们知道tcp是全双工的，
我们看上面的图，在左边，
如果没有TIME_WAIT这个状态，
那么服务端便会从FIN_WAIT2这个状态->CLOSED状态，
这两个状态的转变有什么影响吗？我们看上图，
如果服务端最后一次发送的ack包，
由于某种原因丢了，客户端没有收到，
那么根据tcp的特性，客户端会再次发送FIN包，
如果此时服务端处于TIME_WAIT状态，
就会重发这个ack包，如果此时服务端处于CLOSED状态，
无论客户端有没有收到ack包，
因为这个连接已经关闭了，所以服务端也就不会重发最
后一个ack包了，这种断开就是不太友好的，
如果有了TIME_WAIT状态，那么便有助于可靠
的实现TCP全双工连接的终止。

二：允许老的重复的TCP数据包在网络中消逝（丢弃）。

怎么理解这句话呢？这个要结合TIME_WAIT
为什么要存在的时间是1-4min有关了，
根据资料说明，一个数据包在网络上存
活的时间大概是1-4min，我们还是从反
面来想这个问题，如果没有这个状态，
那么在服务端发送最后一次ack包以后，
服务端会马上处于CLOSE状态，然后，
假设这个时候有一个新的客户端连进来，
假设这个新的客户端的IP,PORT与之前
的一个客户端是一样的，没有TIME_WAIT状态，
最后一个ack的包可能就会发到这个新的连接
上来。。。。。。如果有TIME_WAIT状态，
即使有人伪造一个相同IP和PORT的连接，
也不会让这个包发到刚刚建立起来的连接上。

五：如何避免TIME_WAIT状态
使用套接字选项可以避免这个状态的产生，从而可以让服务端程序在出现异常时可以快速的重启，恢复运行。
setsockopt，这个函数一般位于socket与bind之间，如果想探讨为什么一般位于这两个函数之间的，可以网上搜索。

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

#define SERV_PORT 9000  //本服务器要监听的端口号，一般1024以下的端口很多都是属于周知端口，所以我们一般采用1024之后的数字做端口号

int main(int argc, char *const *argv)
{    
    //这些演示代码的写法都是固定套路，一般都这么写

    //服务器的socket套接字【文件描述符】
    int listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);    //创建服务器的socket，大家可以暂时不用管这里的参数是什么，知道这个函数大概做什么就行

    struct sockaddr_in serv_addr;                  //服务器的地址结构体
    memset(&serv_addr,0,sizeof(serv_addr));
    
    //设置本服务器要监听的地址和端口，这样客户端才能连接到该地址和端口并发送数据
    serv_addr.sin_family = AF_INET;                //选择协议族为IPV4
    serv_addr.sin_port = htons(SERV_PORT);         //绑定我们自定义的端口号，客户端程序和我们服务器程序通讯时，就要往这个端口连接和传送数据
    serv_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); //监听本地所有的IP地址；INADDR_ANY表示的是一个服务器上所有的网卡（服务器可能不止一个网卡）多个本地ip地址都进行绑定端口号，进行侦听。


    //setsockopt（）:设置一些套接字参数选项；
    //参数2：是表示级别，和参数3配套使用，也就是说，参数3如果确定了，参数2就确定了;
    //参数3：允许重用本地地址
    int  reuseaddr=1; //开启
    if(setsockopt(listenfd,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR, (const void *) &reuseaddr,sizeof(reuseaddr)) == -1)
    {
         char *perrorinfo = strerror(errno); 
        printf("setsockopt(SO_REUSEADDR)返回值为%d,错误码为:%d，错误信息为:%s;\n",-1,errno,perrorinfo);
    }

    int result;
    result = bind(listenfd, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr));//绑定服务器地址结构体
    if(result  == -1)
    {
        char *perrorinfo = strerror(errno); 
        printf("bind返回的值为%d,错误码为:%d，错误信息为:%s;\n",result,errno,perrorinfo);
        return -1;
    }
    result = listen(listenfd, 32);     //参数2表示服务器可以积压的未处理完的连入请求总个数，客户端来一个未连入的请求，请求数+1，连入请求完成，c/s之间进入正常通讯后，请求数-1
    if(result == -1)
    {        
        char *perrorinfo = strerror(errno); 
        printf("listen返回的值为%d,错误码为:%d，错误信息为:%s;\n",result,errno,perrorinfo);
        return -1;
    }
    int connfd;
    const char *pcontent = "I sent sth to client!\n"; //指向常量字符串区的指针
    for(;;)
    {
        //卡在这里，等客户单连接，客户端连入后，该函数走下去【注意这里返回的是一个新的socket——connfd，后续本服务器就用connfd和客户端之间收发数据，而原有的lisenfd依旧用于继续监听其他连接】        
        connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr*)NULL, NULL);

        //发送数据包给客户端
        write(connfd,pcontent,strlen(pcontent)); //注意第一个参数是accept返回的connfd套接字
        printf("本服务器给客户端发送了一串字符~~~~~~~~~~~!\n");
        
        //只给客户端发送一个信息，然后直接关闭套接字连接；
        close(connfd); 
    } //end for
    close(listenfd);     //实际本简单范例走不到这里，这句暂时看起来没啥用
    return 0;
}

可以使用以上程序配合telnet进行测试。