【基礎知識】TCP三次握手四次揮手|unsigned int與int|struct結構體class類大小計算

TCP，UDP不同詳解，還有一些其他的

1.TCP三次握手與四次揮手

TCP報文格式

上圖中有幾個字段需要重點介紹下：
        （1）序號：Seq序號，佔32位，用來標識從TCP源端向目的端發送的字節流，發起方發送數據時對此進行標記。
        （2）確認序號：Ack序號，佔32位，只有ACK標誌位爲1時，確認序號字段纔有效，Ack=Seq+1。
        （3）標誌位：共6個，即URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN等，具體含義如下：
                （A）URG：緊急指針（urgent pointer）有效。
                （B）ACK：確認序號有效。
                （C）PSH：接收方應該儘快將這個報文交給應用層。
                （D）RST：重置連接。
                （E）SYN：發起一個新連接。（表示這個報文使用來建立新連接用的）
                （F）FIN：釋放一個連接。

        需要注意的是：
                （A）不要將確認序號Ack與標誌位中的ACK搞混了。
                （B）確認方Ack=發起方Seq+1，兩端配對。 

三次握手

TCP服務器進程先創建傳輸控制模塊TCB，準備接受客戶進程的連接請求，然後服務器進程就處於LISTEN(監聽)狀態，等待客戶的連接請求 

1. 第一次握手：Client將標誌位SYN置爲1，隨機產生一個值seq=J，並將該數據包發送給Server，Client進入SYN_SENT狀態，等待Server確認。（TCP規定，SYN報文段(即SYN=1的報文段)不能攜帶數據，但要消耗掉一個序號。）
2. 第二次握手：Server收到數據包後由標誌位SYN=1知道Client請求建立連接，Server將標誌位SYN和ACK都置爲1，確認序號ack=J+1，隨機產生一個值seq=K，並將該數據包發送給Client以確認連接請求，Server進入SYN_RCVD狀態。（請注意，這個報文段也不能攜帶數據，但同樣要消耗掉一個序號。）
3. 第三次握手：Client收到確認後，檢查ack是否爲J+1，ACK是否爲1，如果正確則將標誌位ACK置爲1，ack=K+1，並將該數據包發送給Server，Server檢查ack是否爲K+1，ACK是否爲1，如果正確則連接建立成功，Client和Server進入ESTABLISHED狀態

 簡化一下不看Seq和ack的話過程如下：

1. 客戶端發送SYN給服務端
2. 服務端返回SYN+ACK給客戶端
3. 客戶端確認，返回ACK給服務端

完成三次握手,客戶端與服務器開始傳送數據。

爲什麼客戶端還要發送一次確認呢？

這主要是爲了防止已失效的連接請求報文段突然又傳送到了服務器，因而產生錯誤。

　　假定A發出的某一個連接請求報文段在傳輸的過程中並沒有丟失，而是在某個網絡節點長時間滯留了，以致延誤到連接釋放以後的某個時間纔到達B。本來這是一個早已失效的報文段。但B收到此失效的連接請求報文段後，就誤以爲A又發了一次新的連接請求，於是向A發出確認報文段，同意建立連接。假如不採用三次握手，那麼只要B發出確認，新的連接就建立了。

　　由於A並未發出建立連接的請求，因此不會理睬B的確認，也不會向B發送數據。但B卻以爲新的運輸連接已經建立了，並一直等待A發來數據，因此白白浪費了許多資源。

　　採用TCP三次握手的方法可以防止上述現象發生。例如在剛纔的情況下，由於A不會向B的確認發出確認，B由於收不到確認，就知道A並沒有要求建立連接。

四次揮手

1. 客戶端發送一個報文給服務端（沒有數據），用來關閉Client到Server的數據傳送，其中FIN設置爲1，Sequence Number置爲u，客戶端進入FIN_WAIT_1狀態
2. 服務端收到來自客戶端的請求，發送一個ACK給客戶端，Acknowledge置爲u+1，同時發送Sequence Number爲v，服務端年進入CLOSE_WAIT狀態
3. 服務端發送一個報文給客戶端，用來關閉Server到Client的數據傳送，其中FIN設置爲1，ACK置爲1，Sequence置爲w，Acknowledge置爲u+1，用來關閉服務端到客戶端的數據傳送，服務端進入LAST_ACK狀態
4. 客戶端收到FIN後，進入TIME_WAIT狀態，接着發送一個ACK給服務端，Acknowledge置爲w+1，Sequence Number置爲u+1，最後客戶端和服務端都進入CLOSED狀態

簡化一下不看Seq和ack：

1. 第一次揮手：Client發送一個FIN，用來關閉Client到Server的數據傳送，Client進入FIN_WAIT_1狀態。
2. 第二次揮手：Server收到FIN後，發送一個ACK給Client，確認序號爲收到序號+1（與SYN相同，一個FIN佔用一個序號），Server進入CLOSE_WAIT狀態。
3. 第三次揮手：Server發送一個FIN，用來關閉Server到Client的數據傳送，Server進入LAST_ACK狀態。
4. 第四次揮手：Client收到FIN後，Client進入TIME_WAIT狀態，接着發送一個ACK給Server，確認序號爲收到序號+1，Server進入CLOSED狀態，完成四次揮手。

爲什麼建立連接是三次握手，而關閉連接卻是四次揮手呢？

這是因爲服務端在LISTEN狀態下，收到建立連接請求的SYN報文後，把ACK和SYN放在一個報文裏發送給客戶端。而關閉連接時，當收到對方的FIN報文時，僅僅表示對方不再發送數據了但是還能接收數據，我們也未必把全部數據都發給了對方，所以我們可以立即close，也可以發送一些數據給對方後，再發送FIN報文給對方表示同意關閉連接。因此我們的ACK和FIN一般會分開發送。

之前討論的是一方主動關閉，另一方被動關閉的情況，實際中還會出現同時發起主動關閉的情況，具體流程如下圖 

 

2.

 

3.單工，半雙工，全雙工

單工

單工數據傳輸只支持數據在一個方向上傳輸（在同一時間只有一方能接受或發送信息，不能實現雙向通信）

舉例：電視，廣播。

半雙工

半雙工數據傳輸允許數據在兩個方向上傳輸,但是,在某一時刻,只允許數據在一個方向上傳輸（它實際上是一種切換方向的單工通信；在同一時間只可以有一方接受或發送信息，可以實現雙向通信。）

舉例：對講機。

全雙工

全雙工數據通信允許數據同時在兩個方向上傳輸。（因此,全雙工通信是兩個單工通信方式的結合,它要求發送設備和接收設備都有獨立的接收和發送能力；在同一時間可以同時接受和發送信息，實現雙向通信。）

舉例：電話通信。

4.unsigned int 和 int相加

int main()
{
	int a = -6;
	unsigned int b = 4;
	if(a+b > 0)
		printf("a+b>0\n");//這句話被打印
	else
		printf("a+b<0\n");
	int z = a+b;
	if(z > 0)
		printf("z>0");
	else
		printf("z<0");//這句話被打印
}

下面解釋一下原因：當int和unsigned in相加時，要將int轉化爲unsigned int（有人說總是向能表示範圍更大的類型轉換），而int小於0，所以它的最高位是符號位，爲1，所以轉化的結果是一個很大的正數，在第一個if語句中，是兩個“正數”相加，結果自然就大於0了。而在z = a+b這一句時（相當於把unsigned int轉化爲int），它把a+b的結果看做一個int類型，而a+b最高位爲1，所以z是一個負數，所以打印的是第二個語句。

 

5.struct結構體大小計算（在32/64位操作系統）

預備知識：基本類型佔用字節

32位和64位的位數分別是什麼意思？

這個位數指的是CPU 裏面的通用寄存器的數據寬度爲64位，也就是說一個地址佔二進制位數是32/64。所以32位系統的指針佔大小是4字節，64位系統就是8字節。（有人說自己是64位系統爲什麼指針大小打印是4字節，因爲編譯器是32位的，跟編譯器而不是自己的電腦有關）

在32位操作系統和64位操作系統上，基本數據類型分別佔多少字節呢？

32位操作系統：

char : 1    int ：4    short : 2    unsigned int : 4    long : 4    unsigned long : 4    long long : 8     float : 4    double : 8    指針 : 4

64位操作系統

char : 1    int ：4    short : 2    unsigned int : 4    long : 8    unsigned long : 8    long long : 8     float : 4    double : 8    指針 : 8

 

默認對齊方式

在默認對齊方式下，結構體成員的內存分配滿足下面三個條件

1. 結構體第一個成員的地址和結構體的首地址相同
2. 結構體每個成員地址相對於結構體首地址的偏移量（offset）是該成員大小的整數倍，如果不是則編譯器會在成員之間添加填充字節（internal adding）。
   1. 成員變量是數組時，按照類型長度對齊，而不是數組長度對齊（比如char a[10]就是按1而不是10來對齊）
   2. 如果成員是struct結構體，根據上一條，並不是按該結構體大小對齊，而是按該結構體中數據類型最大的成員來對齊
   3. union聯合體同上

      1. union內存大小需要滿足以下2個條件：

         1. 大於或等於union中最長的成員變量的長度（char c[10]算10字節）；

         2.  能整除其他成員變量長度（char c[10]算1字節）

3. 結構體總的大小要是其成員中最大size（注意是最長的數據類型，而不是最長的變量）的整數倍，如果不是編譯器會在其末尾添加填充字節（trailing padding）。

指定對齊方式

可以使用#pragma pack(N)來指定結構體成員的對齊方式
對於指定的對齊方式，其成員的地址偏移以及結構的總的大小也有下面三個約束條件

1. 結構體第一個成員的地址和結構體的首地址相同
2. 結構體每個成員的地址偏移需要滿足：N大於等於該成員的大小，那麼該成員的地址偏移需滿足默認對齊方式（地址偏移是其成員大小的整數倍）；Ｎ小於該成員的大小，那麼該成員的地址偏移是N的整數倍。
3. 結構體總的大小需要時N的整數倍，如果不是需要在結構體的末尾進行填充。
4. 如果N大於結構體成員中最大成員的大小，則N不起作用，仍然按照默認方式對齊。

參考：

講的很細，例子可以看

指定對齊方式例子看這個

6.class類大小計算

空類：1
沒有虛函數：sizeof(數據成員)的和
有虛函數：sizeof(數據成員)的和（除靜態成員外）+sizeof(Virtual表指針)即4+父類成員

若類中包含成員，則類對象的大小隻包括其中非靜態成員經過對齊所佔的空間，對齊方式和結構體相同。