网络编程：Posix API
1 Posix API
服务器端：
- socket()：创建套接字
- bind()：绑定ip地址、端口等信息到socket上
- listen()：监听
- accept()：等待客户请求
- send()：发送数据
- recv()：接收数据
- close()：关闭连接
客户端：
- socket()：创建套接字
- bind()：绑定ip地址、端口等信息到socket上（可选）
- connect()：连接服务器
- send()：发送数据
- recv()：接收数据
- close()：关闭连接
注：客户端可以绑定（bind），绑定即确定了一个固定的端口，若不绑定，则会选择任意可用端口
socket
int socket(int domain, int type, int protocol);
domain：通信协议，常用AF_INET(IPv4) 和 AF_INET6(IPv6)
type：数据传输方式，常用SOCK_STREAM（字节流）和SOCK_DGRAM（报文）
protocol：传输协议，通常为0
socket包含了一个文件描述符（sockfd）与tcp控制块这两个信息。
在此函数实现了两个功能：
（1）分配fd
fd的分配使用了一个bitmap的算法
被占用为1，未被占用为0
| 第0位 | 第1位 | 第2位 | 第3位 | 第4位 | 第5位 | 第6位 | 第7位 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 |
下一次需要使用的时候，会分配第3位
（2）分配tcp控制块的信息（包含了TCP为连接维护的信息：两个方向的序号，窗口大小，重传次数等的信息）
bind
int bind(int sockfd, const struct *sockaddr addr, socklen_t addrlen);
绑定sockfd和ip、端口
listen
int listen(int sockfd, int backlog);
（1）将TCP连接的状态设置成LISTEN状态
（2）分配全连接队列（accept_queue）和半连接队列（syn_queue）
上图为3次握手的情况。
当客户端请求连接，服务器监听到连接后，服务端将其加入到syn队列，并且响应syn+ack报文；等到客户端发送ack应答报文时，服务端将该连接从半连接队列中取出，加入到accept队列当中。
a. tcp连接的生命周期，从什么时候开始？
listen()的时候就会创建连接了
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(源端口，目的端口，源ip，目的ip，协议)
c. syn泛洪
客户端不断建立连接（第一次握手），但始终不回复第三次握手
listen(fd, backlog)，backlog的含义：
- 最早的版本：backlog即为半连接（syn）队列长度
- 可以防止syn泛洪，但由于现在有防火墙等方式处理syn泛洪，因此无需使用backlog避免syn泛洪
- 后面的版本：syn + accept队列总长度（未被分配fd的tcb的数量）
- 防止长时间不处理
- 现在的版本：accept队列的长度
- 提升建链的吞吐量
accept
（1）分配fd给对应的客户端
（2）将fd与tcb进行映射
send/recv
ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);
send将应用程序拷贝到内核wmem中，由内核负责发送数据，recv则从内核rmem拷贝到应用程序中。
下图可以看到，进行了三次send，内核仅发送了一次数据，当超过MTU（需加上header）时，会分多个包。
recv(fd, buffer, 1000, 0);for(i = 0; i < 10; i++)
{recv(fd, buffer, 100, 0);
}
以上两种方式区别不大，下面仅多次系统调用，但差别不大。下面那种方式会使得接收一次时，内核缓冲区仍有900字节未被缓存，若rmem过小，则影响其他连接，但若rmem很大，则无影响。
2 三次握手
TCP状态迁移图：
三次握手：
以下适用于P2P的场景，与UDP不同，仍有延迟确认、超时重传：
3 四次挥手
四次挥手不分客户端和服务器端，只有主动方和被动方。
主动方先调用close，close函数回收了fd，然后发了fin包；接收方recv()返回为0的包，即知道对方要关闭连接。后续流程如上图所示。
a. 假如左侧没有收到ack，而是先收到fin
根据迁移图，FIN_WAIT_1进入CLOSING状态，收到ACK后进入TIME_WAIT状态
b. 双方同时调用close，发送fin包
TCP半连接队列和全连接队列-CSDN博客