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unix网络编程学习心得（1）——未完成连接、已完成连接队列

int listen(int sockfd,int backlog)
做两件事情：
1、socket创建时，默认为一个主动套接字——将用connect发起连接的客户端套接字，listen将其转换为被动套接字，从CLOSED状态变为LISTEN状态
2、第二个参数，规定了内核为相应套接字排队的最大连接个数；

内核为任何一个监听套接字维护两个队列：
1、未完成连接队列，以下每个SYN分节对应队列中的一项：已由某个客户端发出并到达服务器，服务器正在等待TCP三次握手过程。这些套接字处于SYN_RCVD状态；
2、已完成连接队列：每个已完成TCP三次握手的套接字对应其中一项。这些套接字处于ESTABLISHED状态；等待accept取走；

两个队列满时，系统不一样，实现也不太一样，后面测试了aix和linux下的实现。

未完成队列中的连接，完成三次握手后，会移入已完成队列最后，等待程序accept，如果已完成队列已满，会等待空闲出来（这时netstat查看端口状态会有SYN_RCVD）。

在AIX中，已完成队列满的话，会忽略外部的SYN请求，外围会收到和这个端口没有程序绑定一样的错误，ECONNREFUSED，这样是为了让客户端重复尝试是否有空闲出来的，而不是立即返回错误。
在LINUX中，已完成队列满，未完成没有满，会忽略第三次握手的客户端返回的ACK节（也就是认为客户端没有收到第二次握手的SYN+ACK，会一直重发这个包），这时客户端会显示为ESTABLISHED状态，connect函数会返回，但会应答ACK节。服务端显示为SYN_RCVD状态（直到未完成队列也满，这时会忽略SYN请求），若未完成队列中的SYN_RCVD一直等待到超时还没有进入已完成队列，则丢弃连接（客户端不知道，只有在read时才知道）

backlog曾经决定未完成和已完成队列之和，现在根据系统不一样实现不太一样，LINUX2.2以后，特指已完成队列（不是直接指定，有个转换，依赖具体实现），这个队列最大值由/proc/sys/net/core/somaxconn决定，默认是最大是128。
未完成队列由/proc/sys/net/ipv4/tcp_max_syn_backlog决定，大多默认是512。这个设置有效的前提是系统的syncookies功能被禁用，如果系统的syncookies功能被启用，那么这个设置是无效的。Syncookies是在内核编译的时候设置的，查看syncookies是否启动：
cat  /proc/sys/net/ipv4/tcp_syncookies
如果是“1”说明已启用，为“0”说明未启用。
那么为syncookies是做什么的呢，为什么它会和未完成队列有关系。简单的说它是为防范SYN Flood攻击的设计。


不同内核的系统，对已连接队列满的情况，处理方法不一样，测试使用：
aix5.3：会将后续的SYN请求忽略，客户端的TCP会重发SYN请求（这个不用进程控制），看是否有空闲，超时后，会返回ECONNREFUSED错误
    csibma01:/data02/home/wangfeng> tcpdump host 20.26.11.32 and 10.70.42.84
    tcpdump: verbose output suppressed, use -v or -vv for full protocol decode
    listening on en9, link-type 1, capture size 96 bytes
    14:40:39.180589 IP 10.70.42.84.63268 > csibma01.ddi-tcp-1: S 3834870973:3834870973(0) win 65535 <mss 1460>
    14:40:41.957463 IP 10.70.42.84.63268 > csibma01.ddi-tcp-1: S 3834870973:3834870973(0) win 65535 <mss 1460>
    14:40:48.040971 IP 10.70.42.84.63268 > csibma01.ddi-tcp-1: S 3834870973:3834870973(0) win 65535 <mss 1460>
    14:41:00.217172 IP 10.70.42.84.63268 > csibma01.ddi-tcp-1: S 3834870973:3834870973(0) win 65535 <mss 1460>
    14:41:24.536922 IP 10.70.42.84.63268 > csibma01.ddi-tcp-1: S 3834870973:3834870973(0) win 65535 <mss 1460>

linux 2.6.32：会忽略第三次握手的客户端返回的ACK节（也就是认为客户端没有收到第二次握手的SYN+ACK，会一直重发这个包），这时客户端会显示为ESTABLISHED状态，但会应答ACK节，connect函数会返回。服务端显示为SYN_RCVD状态（直到未完成队列也满，这时会忽略SYN请求），若未完成队列中的SYN_RCVD一直等待到超时还没有进入已完成队列，则丢弃连接（客户端不知道，只有在read时才知道）
    15:04:48.293738 IP pc-csapp06.ddi-tcp-1 > 20.26.11.32.38481: S 2607266952:2607266952(0) ack 541251722 win 5792 <mss 1460,nop,nop,timestamp 2037871124 1441562214,nop,wscale 7>
    15:04:48.293825 IP 20.26.11.32.38481 > pc-csapp06.ddi-tcp-1: . ack 1 win 32580 <nop,nop,timestamp 1441562215 2037871124>
    15:04:51.904682 IP pc-csapp06.ddi-tcp-1 > 20.26.11.32.38481: S 2607266952:2607266952(0) ack 541251722 win 5792 <mss 1460,nop,nop,timestamp 2037872027 1441562215,nop,wscale 7>
    15:04:51.904817 IP 20.26.11.32.38481 > pc-csapp06.ddi-tcp-1: . ack 1 win 32580 <nop,nop,timestamp 1441562222 2037872027>

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