前言
使用TCP/IP网络协议时，一般都是基于Socket的API进行网络编程。应用程序通过Socket接口和内核交互，内核维护TCP/IP协议的具体通信过程。那么Socket的API具体是如何和TCP/IP协议栈对应呢？
连接
建立连接相关的API有connect，listen，accept。服务端使用listen，accept等待连接，客户端使用connect进行连接。
当服务端调用listen后，会向系统内核注册Syn队列和Accept队列，接下来调用accept后会监听Accept队列。此时如果客户端调用connect向服务端发出连接请求，就会发生传说中大名鼎鼎的三次握手过程。
- 客户端内核向服务端内核发出SYN网络包；
- 服务端内核在Syn队列插入一个节点，并且向客户端内核发送SYN+ACK网络包；
- 客户端内核发送ACK网络包，此时客户端的connect调用结束并返回，服务端内核如果收到这个ACK网络包，会从Syn队列中删除节点并在Accept队列中增加节点，此时服务端的accept调用就会监听到Accept队列的节点，并且返回。
断开连接的API主要就是close方法。当任意一方调用close方法时，就会发生传说中的四次挥手过程。当一方调用close时，对方就会产生一个读事件，当读到的数据是0时，就知道对方关闭了连接。
- 主动关闭方发送FIN包，然后进入FIN_WAIT_1状态；
- 被动方收到FIN包以后，发送确认的ACK包，进入CLOSE_WAIT状态，主动断开方状态变成FIN_WAIT_2状态；
- 被动方发送FIN包表示本方断开连接，状态变成LAST_ACK状态；
- 主动关闭方接收到FIN包以后，发送ACK包确认，状态进入TIME_WAIT状态，被动关闭方变成CLOSED状态。
发送和接收
通信过程使用send和recv方法。发送数据时使用send方法，send会将应用需要发送的数据拷贝到内核的发送缓冲区；接受数据时使用recv方法，recv会从内核缓冲区拷贝数据到应用进行处理。
在阻塞模式下调用send时，如果send的数量小于缓冲区的大小，会将应用数据拷贝到内核以后立即返回，如果send的数量大于缓冲区的大小，应用会等待内核将一部分数据发送成功清除缓冲区再拷贝，直到所有的数据都拷贝到内核以后才返回。
在非阻塞模式下调用send时，无论发送的数据是否大于内核的缓冲区，都会立即返回，返回的是成功拷贝的数据的数量。
无论什么情况，应用程序发送数据都只会将数据拷贝到内核的缓冲区，并不表示服务端成功接收了数据。
在阻塞模式下调用recv时，如果内核缓冲区没有数据，会一直等待，直到读取到数据。
在非阻塞模式下调用recv时，如果内核缓冲区没有数据，会立即返回。
超时
- 建立连接超时
客户端应用在调用connect以后，内核在发送SYN以后，在指定的超时时间内没有收到服务端返回的ACK网络包。 - 读数据超时
客户端应用在调用recv以后，在指定的超时时间内没有收到服务端返回的数据。 - 写数据超时
客户端内核在发送外数据以后，由于网络问题或者其它原因，导致服务端以后没有返回确认信息，此时系统内核在重试多次以后关闭这个连接。此时如果客户端应用继续调用send写数据，就会产生异常。
经典问题
-
关闭连接
如果CLOSE_WAIT状态大量堆积，说明被动关闭方忘记调用close，此时被动关闭方一直处于CLOSE_WAIT状态，久而久之服务器端的连接句柄就会被耗尽。当然客户端并不会一直处在FIN_WAIT_2状态，过一段时间以后，会自动跳到下一个状态。
如果TIME_WAIT状态大量堆积，这种情况一般属于正常现象，主动关闭方在收到被动关闭方的close请求以后，会进入TIME_WAIT状态，并保持一定的时间。这是为了确保被动关闭方没有收到主动关闭方发出的ACK包，此时被动关闭方再次发送FIN时，在这段时间内主动关闭方可以再次返回ACK包确认。一般如果某台机器短时间发出了大量的短连接请求（比如HTTP请求），就会出现很多的TIME_WAIT状态。一般来说，如果出现大量的TIME_WAIT状态，服务器会配置成处于TIME_WAIT状态的可复用。 -
为什么握手只需要三次，挥手却需要四次？
客户端在和服务端建立连接时，服务端应答以后肯定也需要和客户端建立连接，所以可以把ACK和SYN包一起发送。但是断开连接时，被动断开的一方并不一定需要马上断开，可能还需要继续发送数据，所以此刻需要先发送ACK包确认收到主动断开连接方的FIN包，然后在需要的时候发送FIN包表示本方也要断开连接了。 -
RST包
主动关闭方发出的ACK如果被动关闭方没有收到，被动关闭方再次发送FIN时，如果主动关闭方在TIME_WAIT状态下，会再次发送ACK包；否者就会发出一个RST包。
服务器返回了“RST”时，如果此时客户端正在从Socket套接字的输出流中读数据则会提示Connection reset”；服务器返回了“RST”时，如果此时客户端正在往Socket套接字的输入流中写数据则会提示“Connection reset by peer”。
使用SO_LINGER时，主动关闭方可以直接关闭连接，避免关闭过程中的状态过度。
以上内容都没有经过编码验证，也没有通过源码确认，纯粹百度和google搜索各种资料汇总。
网友评论