linux TCP状态转换 半关闭 shutdown netstat 端口复用 setsockopt

合集 - 网络编程(16)

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8.linux TCP状态转换 半关闭 shutdown netstat 端口复用 setsockopt2023-10-24

9.linux IO多路复用 select poll epoll2023-10-2510.linux 多路复用---poll2023-10-3011.linux 多路复用---epoll2023-10-3112.linux UDP 通信2023-11-0313.linux 本地套接字通信2023-11-0314.linux Web服务器以及HTTP协议2023-11-0815.linux 服务器编程基本框架和两种高效事件的处理模式2023-11-1016.linux 线程池 EPOLLONESHOT事件2023-11-13

收起

TCP状态转换：发生在三次握手四次挥手的过程中

黑色为异常的信息； 

红色线为客户端；

绿色虚线为服务器端；

报文段寿命：

　　2MSL（Maximum Segment Lifetime）

　　主动断开连接的一方，最后进出入一个 TIME_WAIT状态，这个状态会持续： 2msl

　　msl：官方建议：2分钟，实际是 30s

为什么四次挥手的同意客户端的断开(第二次挥手)和服务器的请求断开(第三次挥手)为什么分开发送？

　　因为同意客户端断开，但服务器端不一定断开，第二次挥手和第三次挥手期间还可以发送数据，可能相隔一段时间；

为什么用2MSL？（双方都可以主动申请断开连接）

　　因为第三次挥手的后，第四次挥手的信息服务端  可能  没有接收到第四次挥手的ACK信息，未收到ACK后，再次发送FIN，直到收到ACK为止，2次MSL为了确保收到第四次挥手的ACK。

　　　　当TCP连接主动关闭方接收到被动关闭方发送的 FIN 和最终的 ACK后，连接的主动关闭方必须处于 TIME_WAIT 状态并持续 2MSL时间

　　　　这样就能够让TCP连接的主动关闭方在它发送的ACK丢失的情况下重新发送最终的ACK

　　　　主动关闭方重新发送的最终 ACK 并不是因为被动关闭方重传了 ACK（它们并不消耗序列号，被动关闭方也不会重传），而是因为被动关闭方重传了它的 FIN 。

　　　　事实上，被动关闭方总是重传 FIN 直到它收到一个最终的 ACK。

 半关闭：

　　当TCP连接中 A 向 B 发送 FIN请求关闭，另一端 B 回应 ACK 之后（A端进入 FIN_WAIT 状态），并没有立即发送 FIN 给 A,，A处于半连接状态（半开关），此时A可以接收B发送的数据，但是A已经不能再向B发送数据。

　　从程序的角度看，可以使用 API 来控制实现半连接状态：

#include <sys/socket.h>
int shutdown(int sockfd, int how);
/*  sockfd : 需要关闭的socket的描述符
    how :  允许为 shutdown 操作选择以下几种方式:
        SHUT_RD(0): 关闭 sockfd上的读功能, 此选项不允许sockfd进行读操作
                    该套接字不再接收数据, 任何当前在套接字接收缓冲区的数据将被无声的丢弃掉
        SHUT_WR(1): 关闭sockfd的写功能, 此选项不允许sockfd进行写操作, 进程不能在对此套接字发出写操作
        SHUT_RDWR(2): 关闭sockfd的读写功能, 相当于调用 shutdown 两次, 首先是 SHUT_RD, 然后是 SHUT_WR
*/

　　使用 close 中止一个连接，但它只是减少描述符的引用计数，并不直接关闭连接，只有当描述符的引用计数为 0 时才关闭连接。 shutdown 不考虑描述符的引用计数，直接关闭描述符。也可选择中止一个方向的连接，只中止读或只中止写。

注意：

　　1. 如果有多个进程共享一个套接字， close 每被调用一次，计数减1， 直到计数为0时，也就是所有进程都调用了 close，套接字将被释放。

　　2. 在多进程中如果一个进程调用了 shutdown(sfd，SHUT_RDWR)后，其他的进程将无法进行通信。但如果一个进程 close(sfd) 将不会影响到其他进程。

客户端：

#include <stdio.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>

int main() {

    // 创建socket
    int fd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if(fd == -1) {
        perror("socket");
        return -1;
    }

    struct sockaddr_in seraddr;
    inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &seraddr.sin_addr.s_addr);
    seraddr.sin_family = AF_INET;
    seraddr.sin_port = htons(9999);

    // 连接服务器
    int ret = connect(fd, (struct sockaddr *)&seraddr, sizeof(seraddr));

    if(ret == -1){
        perror("connect");
        return -1;
    }

    while(1) {
        char sendBuf[1024] = {0};
        fgets(sendBuf, sizeof(sendBuf), stdin);

        write(fd, sendBuf, strlen(sendBuf) + 1);

        // 接收
        int len = read(fd, sendBuf, sizeof(sendBuf));
        if(len == -1) {
            perror("read");
            return -1;
        }else if(len > 0) {
            printf("read buf = %s\n", sendBuf);
        } else {
            printf("服务器已经断开连接...\n");
            break;
        }
    }

    close(fd);

    return 0;
}

服务器端：

#include <stdio.h>
#include <ctype.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

int main(int argc, char *argv[]) {

    // 创建socket
    int lfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);

    if(lfd == -1) {
        perror("socket");
        return -1;
    }

    struct sockaddr_in saddr;
    saddr.sin_family = AF_INET;
    saddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    saddr.sin_port = htons(9999);
    
    //int optval = 1;
    //setsockopt(lfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &optval, sizeof(optval));
　　 //端口复用，断开服务器，可以重新启动 server 服务端，正常显示******
    int optval = 1;
    setsockopt(lfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEPORT, &optval, sizeof(optval));

    // 绑定
    int ret = bind(lfd, (struct sockaddr *)&saddr, sizeof(saddr));
    if(ret == -1) {
        perror("bind");
        return -1;
    }

    // 监听
    ret = listen(lfd, 8);
    if(ret == -1) {
        perror("listen");
        return -1;
    }

    // 接收客户端连接
    struct sockaddr_in cliaddr;
    socklen_t len = sizeof(cliaddr);
    int cfd = accept(lfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, &len);
    if(cfd == -1) {
        perror("accpet");
        return -1;
    }

    // 获取客户端信息
    char cliIp[16];
    inet_ntop(AF_INET, &cliaddr.sin_addr.s_addr, cliIp, sizeof(cliIp));
    unsigned short cliPort = ntohs(cliaddr.sin_port);

    // 输出客户端的信息
    printf("client's ip is %s, and port is %d\n", cliIp, cliPort );

    // 接收客户端发来的数据
    char recvBuf[1024] = {0};
    while(1) {
        int len = recv(cfd, recvBuf, sizeof(recvBuf), 0);
        if(len == -1) {
            perror("recv");
            return -1;
        } else if(len == 0) {
            printf("客户端已经断开连接...\n");
            break;
        } else if(len > 0) {
            printf("read buf = %s\n", recvBuf);
        }

        // 小写转大写
        for(int i = 0; i < len; ++i) {
            recvBuf[i] = toupper(recvBuf[i]);
        }

        printf("after buf = %s\n", recvBuf);

        // 大写字符串发给客户端
        ret = send(cfd, recvBuf, strlen(recvBuf) + 1, 0);
        if(ret == -1) {
            perror("send");
            return -1;
        }
    }
    
    close(cfd);
    close(lfd);

    return 0;
}

查看网络相关信息的命令：

　　netstat：

　　参数：

　　　　-a  所有的 socket

　　　　-p  显示正在使用 socket 的程序的名称

　　　　-n 直接使用 IP地址，而不通过域名服务器

 监听的socket  和  通信的 socket（established）  

此时先关闭服务器端：

关闭客户端：

关闭服务器端和客户端后，重新启动服务器端，显示端口号被使用

需要等待  2MSL(60秒)，后端口号被释放，方可重新使用。这期间此端口号不能使用，因此需要端口复用。

端口复用：

端口复用最常用的用途是：

　　⚪ 防止服务器重启时之前绑定的端口还未释放

　　⚪ 程序突然退出而系统没有释放端口

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
//设置套接字的属性(不仅仅能设置端口复用)
int setsockopt(int sockfd, int level, int optname, const void *optval, socklen_t optlen);
    参数:
        - sockfd : 要操作的文件描述符
        - level : 级别 - SQL_SOCKET(端口复用的级别)
        - optname : 选项的名称
            - SO_REUSEADDR
            - SO_REUSEPORT
        - optval : 端口复用的值(整型)
            - 1 : 可以复用
            - 0 : 不可以复用
        - optlen : optval参数的大小
端口复用,设置的时机是在服务器绑定端口之前
setsockopt();
bind();