网络编程

什么是网络编程

网络编程就是在操作系统封装的TCP/IP协议栈的基础上，使用系统内核提供的socket api 进行应用开发.

TCP/IP四层协议栈

应用层

传输层

网络层

链路层

网络编程的交互过程

TCP server	说明
socket()	创建基于ipv4 or ipv6的TCP socket数据结构，并和一个文件相绑定，同时给我们返回一个socketfd,供后续函数使用
bind()	将具体的IP PORT绑定到该socket数据结构上
listen()	将socket转为已监听套接字。此时服务器可被动连接了
accept()	等待全连接队列里有socket， 若在全连接队列里发现了socket，会为它创建一个新文件并分配新的acceptfd，这个文件被称为已连接socket 此时，服务器与客户端就可以收发数据了
read()	读取acceptfd相关的socket接收缓冲区，如果socket接收缓冲区有数据，read()返回，否则read()会阻塞，直到socket接收缓冲区中有了数据。这个接收数据的过程是由内核TCP/IP协议栈实现的。
write()	写入socket发送缓冲区，如果此时发送缓冲区是满的，write ()则会被阻塞。写入socket发送缓冲区的数据，由内核TCP/IP协议执行发往对端
close()	完成四次挥手的第二阶段

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TCP client	说明
socket()	创建基于ipv4 or ipv6的TCP socket数据结构，并和一个文件相绑定，同时给我们返回一个socketfd,供后续函数使用
connect()	发起主动连接。 客户端内核协议栈向服务器发送三次握手的第一步SYN； 当服务器收到这个SYN，会把该socket放到半连接队列，并向客户端发送ACK,SYN。 当客户端接受到这个ACK,SYN,会向服务器发送ACK。此时客户端connect()函数返回，客户端认为三次握手完成。 当服务器收到客户端传来的ACK，则将内核中的SOCKET放入全连接队列，服务器端accept()函数返回
write()	写入socket发送缓冲区，如果此时发送缓冲区是满的，write ()则会被阻塞。写入socket发送缓冲区的数据，由内核TCP/IP协议执行发往对端
read()	读取sokcetfd相关的socket接收缓冲区，如果socket接收缓冲区有数据，read()返回，否则read()会阻塞，直到socket接收缓冲区中有了数据。这个接收数据的过程是由内核TCP/IP协议栈实现的。
close()	完成四次挥手的第一阶段。 内核协议协议栈会给服务器发送FIN，告知本端已经关闭； 服务端收到客户端的FIN，内核协议栈会给客户端回复ACK，同时read()调用会返回0,这样服务器就知首客户端关闭连接了。 这个时候，服务器会调用close(),开启四次挥手的第二个阶段，向客户端发送一个FIN。 客户端收到该FIN后，内核协议栈回复ACK，并进入TIME_WAIT状态，等待2MSL,也就是60秒

read()返回值：

大于0,读取成功；
=0,表示对端关闭连接，此时也要调用close()关闭连接；
<0,表示操作产生错误

write()返回值：

大于等于0,表示写了多少字节的数据，0表示啥也没写
<0，表示操作产生错误

常见问题

• 客户端调用close()一定会发送FIN吗？

不一定。这要看该socketfd的引用计数器有没有达到0。如有多个进程共享这个socket文件，其中一个进程close()，并不会向对端发送FIN。

• 假如一方断网了，不能进行四次挥手，服务器会怎么处理？

1. 未断开的一端，会保持established状态
2. 未断开一端开启keepalive,则会定时向对方发送TCP保活segment,对方协议栈回复RST。这样未端开端就会知道对方的状态，若对方已离线，就关闭本端连接。
3. 未断开一端未开启keepalive，只有在向对方发送数据时，会得到错误提示Connection reset by peer,再次向对对方写数据，则会产生EPIPE错误。
4. 所以为了应对这种情况，服务器会在应用层做保活心跳，对于断开的client 做定时踢掉处理。

• 客户端发送FIN之后，会发生什么？

1. TCP是全双工通信，客断端发送FIN，就是告诉服务器它不再发送数据了，也不要在acceptefd上读数据了，若SERVER再次进行读取，只会得到0,也就是EOF.（四次挥手的第一阶段）
2. 若SERVER还想给CLIENT发送数据，就继续给CLIENT发送就可以了。这也是常说的TCP半关闭状态。
3. 如果SERVER也不需要再向CLIENT发送数据了，也需要调用close，向CLIENT发送FIN。（四次挥手的第二阶段）