要实现用户态协议栈，必须要搞懂TCP，TCP 11个状态、滑动窗口、拥塞控制等等。
要使用用户态协议栈，内核提供的epoll就不起作用了，我们需要自己实现用户态的epoll。epoll内部涉及到一个回调的时机，回调的作用是将红黑树中的节点添加进就绪队列，具体在epoll原理里面会具体讲解。搞清楚TCP的11个状态，我们就明白应该在什么时机进行回调了。
TCP
- 一对一，server端对于每一个client的连接，都回分配一个tcb。
- 状态机
TCP状态转换图
image.png
TCP数据格式
image.png
image.png
image.png
TCP的优点：
- 数据可靠，必达；确认机制，对于发送的数据，都有确认ack
- 传输效率不低；一发一确认的话，效率就比较低，所以可以多个包的确认合并到一起。
- 保证顺序。延时确认机制，保证顺序。
TCP状态保存在哪里？保存在TCB中，即TCP PCB，协议控制块。里面包含了socket信息，以及sendbuffer，recvbuffer。TCB保存了从listen到time_wait的所有状态。
三次握手的过程
image.png
三次握手，只有client发起第一次握手，是需要应用程序调用connect函数发起的，其他的事情都是内核协议栈完成的，直到client和server都到ESTABLISHED状态。
server端不需要accept？是的，不需要。
那么accept的作用是什么呢？
client_fd = accept(listen_fd, &client_addr)
- 从accept队列中取出一个节点；
-
为节点分配一个fd，与节点一一对应。节点就是tcp控制块，它的生命周期是一直伴随这连接。
为什么fd与节点也就是连接能一一对应？也就是fd是怎么确定的？
五元组可以确定一个fd，(sip, sport, dip, dport, proto)
什么是syn队列和accpt队列，看下图
image.png
三次握手的时候，告诉对端window size是没有意义的。
由syn队列和accept队列，就可以解释listen函数的第二个参数backlog了
int listen(int sockfd, int backlog);
对于unix和mac系统，backlog=syn队列的长度；
对于linux系统，backlog=syn队列+accept队列的长度。
backlog设置多少合适？1s的接入量除以20。
什么是syn泛洪，也叫DDOS攻击？就是利用TCP三次握手中的缺陷，client端不断给server发送第一次握手的syn消息，之后不发送第三次握手的ack，使得TCP连接无法建立，把syn队列占满，那些有效的连接就无法建立，使得server无法提供服务。
TCP通信过程中最重要的问题：
- 如何保证顺序？
- 如何保证高效？
通过确认机制。
image.png
image.png
tcp如何保证顺序，延迟ack（延迟确认，比如收到9号包后，协议栈会启动一个200ms定时器，看5、6、7、8是否收到，如果200ms内5、6、7收到，8没有收到，则发送ack值为8，8、9会重传）
滑动窗口，左边的值，是根据ack num变化的；右边的变化，是ack num + cwnd
TCP的拥塞控制，是通过cwnd实现的，网络带宽占用的多，则cwnd变小。cwnd大小是通过rtt来决定的。
rtt 一次往返时间，round trip time。rtt增加还是变小，决定cwnd滑动窗口变大还是变小。
TCP拥塞控制
image.png
扩展：既然有TCP可靠传输，为什么要用UDP做可靠传输？
UDP效率和实时性，都要比TCP好。TCP是一个折中的方案，平衡了效率和实时性，效率不差，实时性也不高，最大的优点就是可靠。
四次挥手
image.png
四次挥手中常见的问题：
- FIN_WAIT_2, 如果对端一直没有调用close，收不到对端的fin消息，如何终止FIN_WAIT_2状态？在这种状态下，还是可以收到对端发过来的数据的。
只有一种方法，就是kill掉进程。 - TIME_WAIT有什么用？
防止最后一次ack丢失。假设A是TIME_WAIT一端，B发送完fin后，会启动一个定时器，如果在一定时间内没有收到A的ack，就会再次发送fin，如果A没有TIME_WAIT, 而是直接CLOSED，那么这个fin就不知道发给谁了，成为僵尸包。
TIME_WAIT是2mls，默认是120s，是可以修改的。 - 服务器为什么会出现大量CLOSE_WAIT状态？
因为没有调用close()，或者调用close的时机不对。recv()的返回值是0时，就应该调用close。 -
双方同时close
TCP/IP详解中关于同时close的解释
image.png
- 被动关闭一方，ack和fin一起发送，4次挥手变成3次
四次挥手过程，被动方发送的ack和fin，可以有3种情况：
- ack先发送，之后发送fin，是正常情况，主动放先进入FIN_WAIT_2, 后进入TIME_WAIT;
- fin先发送，后发送ack，双方都进入CLOSING,之后变为TIME_WAIT;
- fin和ack一起发送，主动方进入TIME_WAIT状态。
网友评论