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一、什麼是socket（套接字）
1.1 套接字的概述
Socket是應用層和網絡層的中間軟件抽象層，它是一組接口，由ip和端口組成。在設計模式中，Socket其實就是一個門面模式，它把複雜的TCP/IP協議族隱藏在Socket接口後面，對用戶來說，一組簡單的接口就是全部，讓Socket去組織數據，以符合指定的協議。
數據交換就通過調用socket接口來進行交換。再由socket的程序來調用系統底層的數據交換。
其中socket包括基於文件類型的套接字家族（AF_UNIX),unix一切皆文件，基於文件的套接字調用的就是底層的文件系統來獲取數據，兩個套接字進程運行在同一機器，可以通過訪問同一個文件系統完成通信
還有一種就是基於網絡類型的套接字（AF_INET）
1.2 套接字的工作流程
- 1、首先在服務端創建一個socket套接字程序
- 2、綁定ip和端口 bind（）
- 3、監聽此套接字端口 listen（）
- 4、等待和客戶端建立連接 accept（）（三次揮手）
- 5、接收數據 read（）
- 6、發送數據 write（）
- 7、關閉連接 close（）（四次揮手）
二、tcp/ip協議
2.1 報文結構
2.2 基礎術語
- 序列號seq：佔4個字節，用來標記數據段的順序，TCP把連接中發送的所有數據字節都編上一個序號，第一個字節的編號由本地隨機產生；給字節編上序號後，就給每一個報文段指派一個序號；序列號seq就是這個報文段中的第一個字節的數據編號
- 確認號ack：佔4個字節，期待收到對方下一個報文段的第一個數據字節的序號；序列號表示報文段攜帶數據的第一個字節的編號；而確認號指的是期望接收到下一個字節的編號；因此當前報文段最後一個字節的編號+1即爲確認號
- 確認ACK：佔1位，僅當ACK=1時，確認號字段纔有效。ACK=0時，確認號無效
- 同步SYN：連接建立時用於同步序號。當SYN=1，ACK=0時表示：這是一個連接請求報文段。若同意連接，則在響應報文段中使得SYN=1，ACK=1。因此，SYN=1表示這是一個連接請求，或連接接受報文。SYN這個標誌位只有在TCP建產連接時纔會被置1，握手完成後SYN標誌位被置0
- 終止FIN：用來釋放一個連接。FIN=1表示：此報文段的發送方的數據已經發送完畢，並要求釋放運輸連接
2.3 三次揮手
- 發送端發送一個SYN=1，ACK=0；seq=x，標誌的數據包給接收端，請求進行連接，這是第一次握手；
- 接收端收到請求並且允許連接的話，就會發送一個SYN=1，ACK=1；seq=y，ack=x+1標誌的數據包給發送端，告訴它，可以通訊了，並且讓發送端發送一個確認數據包，這是第二次握手；
- 最後，發送端發送一個SYN=0，ACK=1，seq=x+1，ack=y+1的數據包給接收端，告訴它連接已被確認，這就是第三次握手
2.3 四次揮手
- 發送端發送FIN=1，ACK=0標誌的數據包給接收端，請求釋放連接
- 接收端收到併發送ACK=1的標誌數據包給發送端，確認已經無數據要發送
- 等待接收端的數據發送完畢後，接收端發送FIN=1的數據包給發送端
- 發送端發送確認包ACK=1
- 接收端收到後釋放鏈接，發送端等待2msl時間後關閉連接。
三、tcp和udp的區別
- tcp是面向鏈接的，udp是面向非鏈接的：tcp需要建立三次握手，而udp不需要，
- tcp是可靠傳輸，udp是非可靠傳輸：tcp發送的數據流，兩次發送之間沒有邊界，可傳輸大量數據；而udp發送的數據報，兩次發送之間有明確邊界，每一次傳送過得數據量有限
- tcp開銷大，udp開銷小：tcp每次傳送都需要建立鏈接，因此開銷大，速度慢
四、linux系統tcp參數的調優
- vi /etc/systcl.conf 添加一下內容
net.ipv4.tcp_syncookies = 1
#表示開啓SYNcookies，當出現SYN隊列溢出的時候，啓用cookies來處理，可防範少量SYN攻擊
net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1
#開啓tcp重用，允許將TIME—WAIT套接字重新用於新的TCP連接
net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1
#開啓TCP連接中的TIME-WAIT套接字的快速回收
net.ipv4.tcp_fin_timeout = 30
#修改tcpfin的默認timeout時間
- /bin/sysctl -p 讓參數生效
面試常見問題
1、爲什麼連接的時候是三次握手，關閉的時候卻是四次握手？
答：因爲當Server端收到Client端的SYN連接請求報文後，可以直接發送SYN+ACK報文。其中ACK報文是用來應答的，SYN報文是用來同步的。但是關閉連接時，當Server端收到FIN報文時，很可能並不會立即關閉SOCKET，所以只能先回復一個ACK報文，告訴Client端，“你發的FIN報文我收到了”。只有等到我Server端所有的報文都發送完了，我才能發送FIN報文，因此不能一起發送。故需要四步握手。
2、爲什麼TIME_WAIT狀態需要經過2MSL(最大報文段生存時間)才能返回到CLOSE狀態
答：雖然按道理，四個報文都發送完畢，我們可以直接進入CLOSE狀態了，但是我們必須假象網絡是不可靠的，有可以最後一個ACK丟失。所以TIME_WAIT狀態就是用來重發可能丟失的ACK報文。在Client發送出最後的ACK回覆，但該ACK可能丟失。Server如果沒有收到ACK，將不斷重複發送FIN片段。所以Client不能立即關閉，它必須確認Server接收到了該ACK。Client會在發送出ACK之後進入到TIME_WAIT狀態。Client會設置一個計時器，等待2MSL的時間。如果在該時間內再次收到FIN，那麼Client會重發ACK並再次等待2MSL。所謂的2MSL是兩倍的MSL(Maximum Segment Lifetime)。MSL指一個片段在網絡中最大的存活時間，2MSL就是一個發送和一個回覆所需的最大時間。如果直到2MSL，Client都沒有再次收到FIN，那麼Client推斷ACK已經被成功接收，則結束TCP連接。
3、爲什麼不能用兩次握手進行連接？
若把三次握手改成僅需要兩次握手，死鎖是可能發生的。作爲例子，考慮計算機S和C之間的通信，假定C給S發送一個連接請求分組，S收到了這個分組，併發 送了確認應答分組。按照兩次握手的協定，S認爲連接已經成功地建立了，可以開始發送數據分組。可是，C在S的應答分組在傳輸中被丟失的情況下，將不知道S 是否已準備好，不知道S建立什麼樣的序列號，C甚至懷疑S是否收到自己的連接請求分組。在這種情況下，C認爲連接還未建立成功，將忽略S發來的任何數據分 組，只等待連接確認應答分組。而S在發出的分組超時後，重複發送同樣的分組。這樣就形成了死鎖。
4、如果已經建立了連接，但是客戶端突然出現故障了怎麼辦？
TCP還設有一個保活計時器，顯然，客戶端如果出現故障，服務器不能一直等下去，白白浪費資源。服務器每收到一次客戶端的請求後都會重新復位這個計時器，時間通常是設置爲2小時，若兩小時還沒有收到客戶端的任何數據，服務器就會發送一個探測報文段，以後每隔75秒鐘發送一次。若一連發送10個探測報文仍然沒反應，服務器就認爲客戶端出了故障，接着就關閉連接