《TCP/IP详解》之一：连接建立、断开

　　《TCP/IP详解·卷一》看了三遍才算整明白个大概，一直想做个总结。

　　最初对TCP的印象很简单：丢包重传、流数据。丢包重传很好理解，“流数据”是什么鬼？

　　知乎上看到个极好的解释：把TCP看作用管子往对端灌水，水是数据，它们之间没有边界，且先发先到；UDP是往对端滚小球，它们之间有明确边界，且可能每个小球速度不同，先滚的不一定先到，得自己处理乱序。

　　编码上也可看出，TCP的send回调带有dwNumberOfBytesTransferred参数，描述本次网络IO发送了多少字节数据，而不是给它多少发多少。很可能让发的500字节只发了300，剩200留着呢，业务层得自行处理。接收方也有个常规的粘包操作，把连成一片的网络buffer解析为单个消息包，再分发给各业务逻辑。

　　那就试着复述下这个管子灌水的过程吧。

　　首先是管道的建立、拆除。即非常有名的TCP三次握手。

　　终止要经过四次握手。

　　为什么会多一次呢？从图中可以看出，建立时报文段2包含了SYN、ACK，而终止时FIN与ACK是分两条发的，why？

　　TCP连接是双全工的，两端都能收发，向对方交付FIN仅仅只是告知对端自己不再发送数据（仍须能收，即TCP的半关闭），而对端何时终止发送，是其业务逻辑决定的。终止时报文段2、报文段3的触发，源自两个不同层次的东西，无法合并成一条（即使有ack延时确认）。

　　剩下的问题是，建立/终止的这些报文，任意一条都会丢失。其中最麻烦的是终止握手的最后一条ACK，它的重传依赖对端FIN的超时，所以主动发起关闭的一方不能在收到最后一个FIN时，即刻关闭连接。

　　这就是非常著名的TIME_WAIT状态。主动关闭方要等2×MSL(报文段最大生成时间)后方可真正关闭连接，留有足够的时间应对最后ACK的丢失（对端重传FIN）。

　　然后这个TIME_WAIT在使用上引起了些麻烦——此状态的连接，不能再接收数据（报文段直接抛弃），也不能重用（旧连接的在路上的数据可能会被当成新连接的）。

　　在服务器端就要注意，避免短时间内大量关闭socket，产生的众多TIME_WAIT连接可能会耗尽系统资源，致使新连接无法建立。

　　以为这就完了吗？

　　Quiet Time。

　　平静时间：TCP在重启后的MSL秒内不能建立任务连接。

　　如若没有Quiet Time，TIME_WAIT的2×MSL出现故障怎么办？比如服务器中途宕机很快重启，并按流程立即使用了之前同样的一对socket。假设故障发生时那对旧socket恰好有报文段在网络上，那重启后的新连接就完全无法区分此条报文段了，会被当作正常数据接收。

　　

　　在分析断开为何要四次时介绍了TCP半关闭，相应的也有TCP半打开。

　　比如客户端忽然断电停机，由于没来得及跟服务器有交互，所以服务器是不知道对端已关闭的。只要不在此连接上传送数据，就永远不会知晓另一方已然完蛋。

　　TCP四大定时器（重传、坚持、保活、2MSL）之一的保活定时器要解决的问题。

　　一条连接在给定时间内没任何交互，服务器会向客户端发送探查报文，若超时后仍未收到回应，或收到RST复位(客户端已重启)，即终止该连接。

 

　　当然还有“同时打开/同时关闭”的问题。与上述常规打开/关闭相比，只是状态迁移有所不同，对照示意图一看即明。

　　这里再介绍下连接建立过程中的“呼入请求队列”。

　　三次握手成功是个及时操作，系统不可能紧盯着它等处理。那服务器繁忙时，有连接到了怎么办？很简单，排队，等有空了挨个处理。

　　“呼入请求队列”便是这个。需要注意的：客户端connect成功，仅仅只表示被放入了svr的呼入请求队列（此时client仍能发数据，收的数据被放在tcp缓存了），还未交接给应用层。svr端Accept时才会将队列中的连接取出，进而处理。

　　PS：如果不取或取慢了，client会因tcp发送缓冲满而一直send失败。所以怎么调Accept也是要考虑设计的

　　PPS：“呼入请求队列”有长度限制（积压值 backlog），超过后再来的连接请求就一直失败了。

 

　　业务层上，关闭比建立更难些，难点在于：发送数据的完整性(极可能你的用户buffer/tcp缓冲中都残留有正常的逻辑数据)，以及关闭的及时性。

　　针对TCP层的发送缓冲，有“优雅关闭、强制关闭”两种。优雅关闭是指，如果发送缓存中还有数据未发出则其发出去，并且收到所有数据的ACK之后，发送FIN包，开始关闭过程；强制关闭是指，如果缓存中还有数据，则丢弃这些数据，然后发送RST包，直接重置TCP连接。

　　针对用户层的发送缓冲，正统做法是：将closeflag置true，业务层的buffer不再接数据了，继续调tcpSend直至buffer数据被发完，随即“优雅关闭”——TCP缓冲发完后FIN，客户端收到后回FIN（四次握手关闭连接），svr收到FIN，进而closesocket。

　　客户端异常就收不到回的FIN了，所以得要个“优雅关闭列表”，数秒后还不关就强关。

　　还有土豪做法，先将连接设置成无效的，业务层不收也不发了，等足够长时间(3分钟)后，强关~~