链接建立的详细过程

http://blog.csdn.net/yingfox/archive/2007/11/01/1862101.aspx



基本TCP套接口编程一
　　本文出自:http://sunsland.top263.net 作者: (2001-10-22 12:00:00)
　　概述
　　socket() --得到文件描述符！
　　bind() --我们在哪个端口？
　　connect() --Hello！
　　listen() --有人给我打电话吗？
　　accept() --"Thank you for calling port 3490."
　　send() 和 recv() --Talk to me, baby!
　　sendto() 和 recvfrom() --Talk to me, DGRAM-style
　　close() 和 shutdown() --滚开！
　　getpeername() --你是谁？
　　gethostname() --我是谁？
　　DNS --你说“白宫”，我说 "198.137.240.100"
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　　socket函数
　　功能：指定协议类型
　　定义：
　　#include
　　#include
　　int socket(int family, int type, int protocol);
　　返回值
　　出错： -1
　　成功： 套接口描述字 (socket file descriptor)（套接字）sockfd
　　socket 函数指定了协议族(IPv4、IPv6或unix)和套接口类型(字节流、数据报或原
　　始套接口)。但并没有指定本地协议地址或远程协议地址。
　　理解socket
　　socket使用 Unix 文件描述符 (file descriptor) 和其他程序通讯的方式。
　　Unix 程序在执行任何形式的 I/O 的时候，程序是在读或者写一个文件描述符。
　　一个文件描述符只是一个和打开的文件相关联的整数。
　　这个文件可能是一个网络连接，FIFO，管道，终端，磁盘上的文件或者什么其他
　　的东西。 Unix 中所有的东西是文件！因此，与 Internet 上别的程序通讯的时候，
　　要通过文件描述符。利用系统调用 socket()得到网络通讯的文件描述符。他返回
　　套接口描述符 (socket descriptor)，然后再通过他来调用 send() 和 recv()。
　　那么为什么不用一般的调用 read() 和 write() 来通过套接口通讯？
　　简单的答案是：可以使用一般的函数！
　　详细的答案是：使用 send() 和 recv() 让你更好的控制数据传输。
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　　connect 函数
　　功能：建立与TCP服务器的连接
　　定义：
　　#include
　　#include
　　int connect(int sockfd, struct sockaddr *serv_addr, int addrlen);
　　//sockfd 是系统调用 socket() 返回的套接口文件描述符
　　serv_addr 是保存着目的地端口和 IP 地址的数据结构 struct sockaddr
　　//addrlen 设置为 sizeof(struct sockaddr)
　　connect 激发 TCP的三路握手过程
　　服务器必须准备好接受外来的连接。
　　这通过调用socket,bind和1isten函数来完成，称为被动打开(Passive open)
　　客户通过调用connect进行主动打开(active opn)。
　　这引起客户TCP发送一个SYN分节(表示同步)，它告诉服务器客户将在(待建立的)
　　连接中发送的数据的初始序列号。
　　服务器必须确认客户的 SYN，同时自己也得发送一个SYN分节，它含有服务器将在
　　同一连接中发送的数据的韧始序列号。服务器以单个分节向客户发送SYN和对客户
　　SYN的ACK。客户必须确认服务器的SYN。
　　connect 出错时的返回
　　出错原因 :未收到SYN的响应(服务器超时,75s)
　　返回值:ETIMEDOUT
　　用户端输出:Connection time out.
　　
　　出错原因 :收到RST响应(Hard error)SYN到达服务器,但该服务器的无此项端口服务
　　返回值:ECONNREFUSE
　　用户端输出:Connection refused
　　出错原因 :ICMP错误:不可路由(soft error)(目的地不可达)
　　返回值:EHOSTUNREACH
　　用户端输出:ENETUNREACH No route to host
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　　bind 函数
　　功能：给套接口分配一个本地协议地址
　　定义：
　　#include
　　#include
　　int bind(int sockfd, const struct sockaddr *my_addr, int addrlen);
　　sockfd 是调用 socket 返回的文件描述符。
　　my_addr 是指向数据结构 struct sockaddr 的指针，保存地址(即端口和 IP 地址) 信息。
　　addrlen 设置为 sizeof(struct sockaddr)。
　　返回： 0—成功， -1---出错
　　让内核自动处理地址ip和端口port
　　my_addr.sin_port = 0; /* choose an unused port at random */
　　my_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; /* use my IP address */
　　bind( ) 自己选择合适的端口：将0赋给 my_addr.sin_por。
　　自动填上他所运行的机器的 IP 地址：my_addr.sin_addr.s_addr 设置为 INADDR_ANY。
　　
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　　listen 函数
　　功能：将未连接主动套接口的转换为被动套接口，指示内核接受对该套接口的连接请求.
　　 CLOSED --? LISTEN
　　定义：
　　#include
　　int listen(int sockfd, int backlog);
　　sockfd 是调用 socket() 返回的套接口文件描述符。
　　backlog 是在进入队列中允许的连接数目。
　　监听套接口的两个队列
　　未完成连接队列（incompleted connection queue）： SYN_RECV
　　已完成连接队列（completed connection queue）： ESTABLISHED
　　当一个客户的SYN到达时,如两队列都满的, TCP将忽略该分节且不发RST
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　　ACCEPT 函数
　　功能:在已完成队列头返回下一个已完成的连接
　　定义
　　#include
　　int accept(int sockfd, struct sockaddr *cliaddr, int* addrlen);
　　调用成功时返回: 1. cliaddr: 客户进程的协议地址和地址大小 2. 新套接口描述字
　　(已连接套接口描述字)
　　监听套接口描述字 listening socket descriptor
　　一个给定的服务器常常是只生成一个监听套接口, 且一直存在，直到该服务器关闭。
　　已连接套接口描述字connected socket descriptor
　　内核为每个被接受的客户连接创建了一个已连接套接口。当服务器完成某客户的服务时，
　　关闭已连接套接口。
　　1024以下的端口:超级用户使用
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　　fork 函数
　　功能:派生新进程 create new process
　　定义:
　　 #include
　　pid_t fork (void);
　　在子进程中返回0,在父进程中返回子进程的进程ID
　　出错时返回 –1,调用一次返回两次
　　fork的典型应用：
　　1．一个进程可为自己创建一个拷贝。当一个拷贝处理一个操作时，其他的拷贝可以
　　执行其他的任务。这是非常典型的网络服务器。
　　2．一个进程想执行其他的程序，由于创建新进程的唯一方法是调用fork，进程首先
　　调 用fork来生成一个拷贝，然后其中一个拷贝(通常为子进程)调用exec 来代替自己
　　去执行新程序。
　　(http://www.fanqiang.com)
　　
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　　并发服务器
　　迭代服务器 iterative server 单进程
　　并发服务器 concurrent server 多进程
　　当连接建立时，accept返回，服务器调用fork
　　子进程为客户提供服务(通过connfd已连接套接口)，
　　父进程等待另一个连接(通过listenfd监听套接口)。
　　子进程开始处理新客户后，父进程便关闭已连接套接口。
　　每个文件或套接口都有一个访问计数，该访问计数在文件表项中维护，它表示当前指
　　向该文件或套接口的打开的描述字个数。
　　从 sock返回后，与listenfd关联的文件表项访问计数值为1，
　　从accept返回后，与connfd关联的文件表项访问计数值也为 1。
　　当fork返回后，两个描述字在父进程与子进程间共享(duplicated)与两个套接门相关
　　联的文件表项访问计数值均为2。
　　当父进程关闭connfd时，只是将访问计数值从2减为1。描述字只在访问计数值达到0时
　　才真正关闭，这在后面某个时候子进程关闭connfd时会碰上.
　　
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　　close 函数
　　功能：将套接口做上“已关闭的标记”，并立即返回进程。
　　将套接口描述字的访问计数器减1。
　　当访问计数器值为0时，引发TCP的四个分组连接终止序列，从而关闭套接口。
　　定义：
　　#include
　　int close(int sockfd);
　　
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　　getsockname 和 getpeername函数
　　功能：
　　getsockname: 返回本地协议地址
　　getpeername：返回远程协议地址
　　定义：
　　#include
　　int getsockname (int sockfd, struct sockaddr *localaddr, int *addrlen);
　　int getpeername(int sockfd, struct sockaddr *peeraddr, int *addrlen);
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　　一个示例程序:
　　#include
　　#include
　　#include
　　#define MYPORT 3490 /* the port users will be connecting to */
　　#define BACKLOG 10 /* how many pending connections queue will hold */
　　main()
　　{
　　int sockfd, new_fd; /* listen on sock_fd, new connection on new_fd */
　　 struct sockaddr_in my_addr; /* my address information */
　　struct sockaddr_in their_addr; /* connector's address information */
　　int sin_size;
　　sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); /* do some error checking! */
　　my_addr.sin_family = AF_INET; /* host byte order */
　　my_addr.sin_port = htons(MYPORT); /* short, network byte order */
　　my_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; /* auto-fill with my IP */
　　bzero(&(my_addr.sin_zero),; /* zero the rest of the struct */
　　/* don't forget your error checking for these calls: */
　　bind(sockfd, (struct sockaddr *)&my_addr, sizeof(struct sockaddr));
　　listen(sockfd, BACKLOG);
　　sin_size = sizeof(struct sockaddr_in);
　　new_fd = accept(sockfd, &their_addr, &sin_size);
　　. . . . . . . . . . . . .





netstat -n | awk '/^tcp/ {++state[$NF]} END {for(key in state) print key,"\t",state[key]}'

会得到类似下面的结果，具体数字会有所不同：

    LAST_ACK 1
    SYN_RECV 14
    ESTABLISHED 79
    FIN_WAIT1 28
    FIN_WAIT2 3
    CLOSING 5
    TIME_WAIT 1669

状态：描述
CLOSED：无连接是活动的或正在进行
LISTEN：服务器在等待进入呼叫
SYN_RECV：一个连接请求已经到达，等待确认
SYN_SENT：应用已经开始，打开一个连接
ESTABLISHED：正常数据传输状态
FIN_WAIT1：应用说它已经完成
FIN_WAIT2：另一边已同意释放
ITMED_WAIT：等待所有分组死掉
CLOSING：两边同时尝试关闭
TIME_WAIT：另一边已初始化一个释放
LAST_ACK：等待所有分组死掉



vi /etc/sysctl
增加或修改net.ipv4.tcp_tw值：
net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1
net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1

使内核参数生效：
[root@aaa1 ~]# sysctl -p

[root@aaa1 ~]# sysctl -a|grep net.ipv4.tcp_tw
net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1
net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1

用netstat再观察正常


这里解决问题的关键是如何能够重复利用time_wait的值，我们可以设置时检查一下time和wait的值
#sysctl -a | grep time | grep wait
net.ipv4.netfilter.ip_conntrack_tcp_timeout_time_wait = 120
net.ipv4.netfilter.ip_conntrack_tcp_timeout_close_wait = 60
net.ipv4.netfilter.ip_conntrack_tcp_timeout_fin_wait = 120

问一下TIME_WAIT有什么问题，是闲置而且内存不回收吗？

是的，这样的现象实际是正常的，有时和访问量大有关，设置这两个参数： reuse是表示是否允许重新应用处于TIME-WAIT状态的

socket用于新的TCP连接； recyse是加速TIME-WAIT sockets回收