网络编程 day03

9. 三次握手，四次挥手

1. 三次握手

第一次握手只能由客户端发起

过程

1. 服务器处于监听状态，称为被动打开，服务器状态：listen
2. 第一次握手由客户端发起，客户端调用connect进行主动打开，客户端向服务器发送SYN数据包，此时客户端进入SYN_SEND状态
3. 第二次握手由服务器发起。服务器收到客户端的链接请求（SYN）后，向客户端回复ACK数据包，并且发送一个请求连接的数据包SYN，此时服务器变为SYN_RECV状态
4. 第三次握手由客户端发起。客户端收到服务器的回复（ACK）和请求（SYN）后，向服务器回复ACK数据包。服务器收到该数据包之后，双方进入ESTABLISHED状态

状态

1. listen：服务器被动打开，进入监听状态
2. SYN_SEND：客户端发送链接请求之后进入该状态，等待服务器的回复和请求
3. SYN_RECV：服务器发送回复和请求之后进入该状态，同时等待客户端的请求
4. ESTABLISHED：服务器和客户端完成三次握手之后进入该状态，代表双方准备好进行通信
   

练习

1. TCP在建立链接的过程中，会涉及到哪些状态的变换：
    服务器：listen——》SYN_RECV——》ESTABLISHED
    客户端：——》SYN_SEND——》ESTABLISHED
2. TCP的连接过程：三次挥手
3. TCP连接的三次挥手发生在哪两个函数之间：connect——accept
4. 为什么一定是三次挥手，两次挥手为什么不可以？
    主要是为了防止已经失效的连接请求报文突然又传送到了服务器，从而导致不必要的错误和资源的浪费。两次握手只能保证单向连接是畅通的。因为TCP是一个双向传输协议，只有经过第三次握手，才能确保双向都可以接收到对方的发送的数据。

两次挥手：客户端向服务器发送请求，一旦出现网络问题，服务器迟迟没有收到数据包，客户端也迟迟没有收到服务器的回复，客户端会废弃此次通信链接，重新发送请求连接的数据包，此时网络突然畅通，客户端发送的数据包一前一后到达服务器，服务器会发送两次同意连接数据包，建立两条通信。服务器会认为两次连接都是有效的，但实际上只有一条连接畅通，如此会造成服务器的资源浪费。这种错误也就是不必要的错误。
三次挥手：在第一条通信被废弃掉之后，客户端收到两个同意连接的数据包之后，第一个通信是废弃的，客户端只会向服务器回复一个数据包，服务器在没有收到第一个通信的回复，所以只会与客户端建立一个通信，双方都废弃了一个通信连接

四次挥手

服务器和客户端都可以发起挥手

过程

1. 第一次挥手：由先调用close的一方发起，称这一端主动关闭，主动端向被动端发送分手请求FIN，主动端进入FIN_WAIT-1状态，表示数据发送完毕，主动端即将关闭
2. 第二次挥手：另一端收到FIN之后，向主动端发送确认数据包ACK。被动端进入CLOSE-WAIT状态。然后发送剩余数据。
3. 第三次挥手：被动端将剩余数据发送完毕后，向主动端发送FIN数据包，被动端进入LAST-ACK状态
4. 第四次挥手：主动端收到FIN后，向被动端发送ACK数据包，同时进入TIME-WAIT状态，持续2MSL之后，进入CLOSED状态，彻底关闭
5. 在被动端收到ACK之后，进入CLOSED状态，彻底关闭

状态转换

练习

1. 描述一下四次挥手
2. 第二次挥手与第三次挥手之间有一段时间间隔是为什么？
    被动端的数据传输可能没有结束
3. 第四次挥手之后主动断开方会等待一段时间再关闭，为什么要等待？
    数据包的存活时间是1MSL，如果出现问题导致被动端没有收到ACK数据包，那么被动端会重新发送一次FIN，主动端将重新收到FIN，也会重新发送一次ACK，一来一回是两次数据包的通信，共需要2MSL

10. Linux IO 模型

阻塞IO

最常见，效率低，不耗费CPU

1. 阻塞IO 模式是最普遍使用的IO 模式，大部分程序使用的都是阻塞IO
2. 系统默认情况下，套接字建立后所处于的模式就是阻塞IO

非阻塞IO

轮询、耗费CPU，可以处理多路IO

1. 非阻塞IO设置后，在没有完成IO操作之后，回直接返回一个错误
2. 非阻塞IO设置之后，需要一个循环来不停的进行IO操作，直到完成操作

非阻塞IO的设置

1. 通过函数参数设置
    recv

recv(fd_accept, buf, sizeof(buf), MSG_DONTWAIT);

2. 通过修改文件描述符属性

#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
int fcntl(int fd, int cmd, ... /* arg */ );

功能：设置文件描述符属性
参数：
 int fd目标文件描述符
 int cmd设置模式
返回值：成功返回0，失败返回-1，更新errno
补充：

1. 参数：int cmd

2. 第三个参数：int类型

int flags = fcntl(0, F_GETFL);
flags |= O_NONBLOCK;	// 设置为非阻塞
fcntl(0, F_SETFL, falgs);

IO多路复用

select poll epoll

select

特点

1. 1个进程最多可以监听1024个文件描述符（默认）
2. select 每次被唤醒之后，要重新轮询，效率低
3. select 每次都会清空未发生相应的文件描述符，每次都要经过用户空间复制到内核空间，效率低，开销大

流程

1. 创建关于文件描述符的表
2. 清空表——FD_ZERO
3. 将关心的文件描述符添加进表中——FD_SET
4. 调用select ，监听表
5. if判断是哪个或哪些文件描述符响应——FD_ISSET
6. 做对应的逻辑处理

函数接口

#include <sys/time.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
void FD_CLR(int fd, fd_set *set);		//清除集合中的fd位
void FD_SET(int fd, fd_set *set);		//将fd放入关注列表中
int  FD_ISSET(int fd, fd_set *set);		//判断fd是否在集合中  是返回1   不是返回0
void FD_ZERO(fd_set *set);				//清空关注列表

功能：实现IO多路复用
参数：
 int nfds关注的最大文件描述符+1
 fd_set *readfds关注读表
 fd_set *writefds写表
 fd_set *exceptfds异常表
 struct timeval *timeout超时设置，一般为NULL
返回值：成功返回文件描述符个数，失败返回-1，超时没有准备好返回0