简单介绍了SOCKET的原理模型——TCP/IP模型，包括了三次握手/四次握手。

1. 网络模型

TCP/IP模型，又称传输控制协议/网际协议(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)。

简单来说，此协议的通信过程如同数据出栈入栈的过程。

  • 入栈：数据发送方每层不断地封装头部和尾部，向中间添加传输信息
  • 出栈：数据接收方每层不断拆除头部尾部，读取中间的传输信息

TCP/IP协议借鉴了OSI参考模型(Open System Interconnect)，主要针对计算机网络体系。

  • 应用层：具有HTTP和FTP等协议
  • 传输层：具有TCP和UDP(User Datagram Protocol)用户数据报协议
  • 网络层：包含了IP协议
  • 数据链路层：也称网络接口层，为等待传送的数据加入一个以太网协议头，为传输做好准备

如果用发快递作比喻

  • 应用层：帮客户打包
  • 传输层：从快递点送到集散中心
  • 网络层：集散中心确定将要发送的地址
  • 数据链路层：将小包裹打包成集装箱（装帧），由此控制发送流量等信息
  • 物理层：高速路、铁路送走

2. Socket原理

2.1 概念

socket是应用层和传输层之间的抽象层，他是一组接口，将复杂的传输层和网络层协议隐藏到socket接口后面。

socket是从Unix/Linux引入的概念，而Unix/Linux的哲学就是：一切皆文件，都可以用”open—>write/read—>close”模式进行操作。同样的，socket的思路也是打开、读写IO、关闭。

2.2 三次握手

所谓三次握手是指建立一个TCP连接时，需要客户端和服务器发送3个包。

名词解释：

  • SYN：Synchronize，同步标志位，为1时表示序列号有效
  • ACK：Acknowledgment，确认标志位
  • seq：Synchronize Sequence Number，同步序列号
  • ack：确认序列号

握手过程：

  1. 第一次握手：客户端发送SYN标志为1的包，以及同步序列号x，并指明打算连接的服务器端口。此时，connect进入阻塞状态。
  2. 第二次握手：服务器收到后，发送SYN和ACK标志为1的包，同时也发送一个自己的同步序列号y，外加一个确认序列号ack=x+1。此时accept进入阻塞状态。
  3. 第三次握手：客户端收到后，再次发送ACK=1，以及同步序列号seq和确认序列号ack，与此同时，connect返回。当服务器收到ACK=1时，accept返回。

2.3 四次挥手

指中断连接时需要发送4个包，此时客户端和服务器均可主动发起挥手操作，只需要调用close()函数即可。

B收到FIN结束消息时，干两件事：发送确认标志和通知其他进程准备关闭（这也是为什么要多一次挥手）。当准备完毕时，发送FIN。

A收到FIN时，也干两件事：发送确认标志和等待2MSL(Maximum Segment Lifetime)

2.4 常见问题

为什么不能用两次握手连接

三次握手完成两个重要功能：

  • 双方都知道彼此已经准备好
  • 确认彼此的序列号

假设只有两次握手，A向B发送连接请求，B收到后回复消息，B认为此时已经连接成功，开始发送数据。然而，如果B的回复消息丢失了，A没有收到确认消息，只有再次发送连接请求，而此时B有在向A发送数据，这样就会造成死锁。

为什么连接是三次握手，而关闭时是四次？

关闭连接时，服务端需要回复两次

  • 第一次告诉客户端，我已经收到了你的请求了，但我的剩余报文还没有处理完，等一等。客户端收到后不再发送请求，开始默默等待。
  • 第二次告诉客户端处理完成。

为什么TIME_WAIT状态需要经过2MSL？

2MSL是一次发送和回复的最大时间，客户端最后一次发送ACK可能会丢失，如果此时冒然关闭，会导致服务器没收到ACK，然后一直发一直发。所以需要等2MSL，如果超过这个时间，都还没有收到服务器的信息，说明已经完成，可以关闭。