2.2高性能网络设计专栏-网络原理

• posix api
• reactor数组大小1048576的优化

Posix API与网络协议栈

Linux底层都是由Posix API实现的。

• 服务器API：

socket(), bind(), listen(), accept(), recv(), send(), close()

• 客户端API：

socket(), bind()//可选， connect()//udp, send(), recv(), close()

• epoll API:

epoll_create(), epoll_ctl(), epoll_wait(), fcntl()

API的过程：

1. 建立连接
2. 传输数据
3. 断开连接

socket()

socket中文可翻译为插座

• 插座：<插, 座>
• 网络io: <fd, tcp control block>

socket在实现的时候有两个功能 （M: socket是如何实现的？）

a.fd的分配(int 类型)

使用bitmap算法进行回收分配
bitmap：用一个bit表示，某一位置是否已经使用（0没有/1被占用）， 比如下面有 1个Byte，共有8个bit，然后从前往后找，找到第一个值为0的位，把该位给分配出去。

b.tcb的分配;

tcp control block的分配， alloc()

bind()

bind(fd, ) （M: bind的过程是什么？）

• 把对应的ip地址，port端口绑定到socket对应的tcb。所谓的绑定就是set的过程，通过fd找到对应的tcb，再把相应的ip、port设置进去。

• 客户端/服务器都可以有bind

客户端如果没有bind，connect会为其随机的绑定一个port(1024-65535), 如果有bind，可以指定port端口，使用于对端口分配较严格的场景。（比如IM通信为例，当请求第三方，比如云主机对端口分配较为严格）

listen()

对照着tcp状态迁移图学习：

a. tcp->status = TCP_STATUS_LISTEN;
b. tcb->syn
   tcb->accept_queue

每个tcp包都有这个头：

TCP的三次握手

• 客户端先发起请求, 向服务端发送tcp包：[SYN=1，seqnum=1234]，一般seqnum为随机值
• 服务端解析这个tcp包，发现有[SYN, seqnum]，确认是客户端发送三次握手请求后，向客户端返回[ACK=1, acknum=1235(seqnum+1), SYN=1, seqnum=5647(随机值)]
• 客户端发送数据 [ACK=1, acknum=5648]

三次握手主要是确定双方发送数据从什么时候开始，这里的seqnum、acknum的作用是保证不重复、不乱序。
第一个过程表示客户端向服务端发送从seqnum(1234)开始，下一次发从acknum(1235)开始;
第二个过程表示服务端向客户端发送从seqnum(5647)开始，下一次发从acknum(5648)开始；

(1)M: 三次握手的过程，发生在哪些函数里面？

半连接队列 syn队列

全连接队列 accept队列

• a. tcp连接的生命周期，从什么时候开始？

• b. 第三次握手数据包，如何从半连接队列查找匹配的节点？

通过五元组 [源ip,源port，目的ip, 目的port， 协议类型]，从而查找到匹配的节点

• c. 如何防护SYN泛宏，DDos攻击（攻击者模拟客户端多次向服务端发送第一次请求，真正需要服务的顾客无法正常访问，可能导致服务器崩溃）

M:listen的第二个参数是什么？

listen(fd, backlog), backlog共有三个版本

1）syn队列长度
在旧版本中（70年代）listen(fd, backlog)， 通过backlog参数来设置半连接syn队列的长度，从而限制连接无限增长。
优点：避免SYN泛宏
缺点：鸡肋

2）syn + accept队列总长度，未分配fd的tcb的数量
优于 1)

3）accept队列长度
加快建立连接的速率，更符合网络的需求