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Socket/TCP
TCP報文格式
TCP是一種協議
報文：報紙文字
TCP報文是發送網絡消息需要按照這種報文的格式去包裝數據
例如：
TCP規定的數據包格式：
親愛的[xxx],你好,[XXXXX],保重勿念！[xxxx]年[xx]月[xx]日。
那麼按照TCP發送一句話：“I Love You”,則這句話必須按照上面的協議類型包裝
親愛的[小明],你好,[I Love You],保重勿念！[2020]年[03]月[27]日。
一般需要了解一下幾個字段：
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序號：Seq序號，佔32位，用來表示從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識
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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
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標誌位共六個：URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN含義：
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URG：緊急指針
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ACK:確認序號有效
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PSH:接收方應該儘快將這個報文交給應用層
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RST:充值連接
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SYN:發起一個新連接
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FIN:釋放一個連接
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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Req+1，兩端配對
TCP三次握手
所謂三次握手（Three-Way Handshake）即建立TCP連接，就是指建立一個TCP連接時，需要客戶端和服務端總共發送3個包以確認連接的建立。在socket編程中，這一過程由客戶端執行connect來觸發，整個流程如下圖所示：
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_SEND狀態，等待Server確認。
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，ACK=J+1，隨機產生一個seq=K，並將該數據包發送給Client以確認連接請求，Server進入SYN_RECV狀態。
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，並將數據包發送給Server，Server檢查ACK是否爲K+1，如果正確則連接建立成功，Client和Server進入ESTABLISHED狀態，完成三次握手，隨後Client與Server之間就可以開始傳輸數據了。
SYN攻擊：在三次握手過程中，Server發送SYN-ACK後，收到Client的ACK之前的TCP連接稱爲半連接，此時Serve處於SYN_RECV狀態，當收到ACK後，Server轉入ESTABLISHED狀態。SYN攻擊就是Client在短時間內僞造大量不存在的IP地址，並向Server不斷的發送SYN包，Server回覆確認包，並等待Client的確認，由於源地址不存在，因此Server需要不斷重發直至超時，這些僞造的SYN包將長時間佔用未連接隊列，導致正常的SYN請求因爲隊列滿而被丟棄，從而引起網絡阻塞甚至系統癱瘓。SYN攻擊就是一種典型的DDOS攻擊，檢測SYN攻擊方式也很簡單，即當有大量半連接狀態且源地址是隨機的，則可以斷定遭到SYN攻擊了，使用如下命令讓其無處可逃：netstat -nap|grep SYN_RECV
四次揮手
所謂四次揮手即終止TCP連接，就是指斷開一個TCP連接時，需要客戶端和服務端總髮送三個包以確認連接的斷開。在Socket編程中，這一過程由客戶端或服務端任一方執行close來觸發，流程如下：
由於TCP連接是全雙工的，因此每個方向都必須要單獨進行關閉，這一原則是當一方完成數據發送任務後，發送一個FIN來終止這一方向的連接，收到一個FIN只是意味着這一方向上沒有數據流動了，即不會再收到數據了，但是在這個TCP連接上仍然能夠發送數據，直到這一方向也發送了FIN。首先進行關閉的一方將執行主動關閉，而另一方則執行被動關閉。
（1）第一次揮手：Client發送一個FIN，用來關閉Client到Server的數據傳輸，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的數據傳輸，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
三次握手和四次揮手面試問題
（1）爲什麼建立連接協議是三次握手，而關閉連接卻是四次握手呢？
這是因爲Server在LISTEN狀態下，當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，僅僅表示對方不在發送數據了但是還能接受數據，己方也未必全部數據都發送給對方，所以己方可以立即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現在關閉連接，因此己方ACK和FIN一般都會分開發送。
（2）爲什麼TIME_WAIT狀態還需要等2MSL後才能返回到CLOSED狀態？
這是因爲雖然雙方都同意關閉連接了，而且握手的四個報文也都協調和發送完畢，按理可以直接回到CLOSED狀態（就好比從SYN_SEND狀態到ESTABLISHED狀態那樣），但是因爲我們必須要假想網絡是不可靠的，你無法保證你最後發送的ACK報文會一定被對方收到，因此對方處於LAST_WAIT狀態下的Socket可能會因爲超時未收到ACK報文而重發FIN報文，所以這個TIME_WAIT狀態的作用就是用來重發可能丟失的ACK報文。
Socket編程
Socket編程方式
Socket起源於Unix，而Unix/Linux基本哲學之一就是“一切皆文件”，都可以用“打開Open->讀寫write/read->關閉close”模式來操作文件。Socket就是該模式的一個實現，Socket即是一種特殊的文件，一些Socket函數就是對其進行操作(讀寫IO、打開、關閉)。因此Socket也提供了類似於連接Connect、關閉連接Close、發送、接收等方法的調用
數據傳輸方式
常用stream和dgram
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STREAM表示面向連接的數據傳輸方式，數據可以準確無誤地到達另一臺計算機，如果丟失或損壞，可以重新發送，但是相對效率低
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DGRAM表示無連接的數據傳輸方式，計算機只管數據傳輸，不做數據校驗，DGRAM所做的校驗工作少，所以效率比STREAM高
QQ視頻聊天和語音聊天使用的就是DGRAM傳輸數據，因爲首先需要保證通信的效率，儘量減少延遲，而數據的正確性是次要的，即使丟失很小的一部分數據視頻和音頻也可以正常解析，最多出現噪點或雜音，不會對通信質量有實質影響
服務器編寫步驟
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調用socket()函數創建一個用於通信的套接字
買了個手機
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給已經創建的套接字綁定一個端口號，一般通過設置網絡套接口地址和調用bind()函數來實現
辦張手機卡，插上手機卡
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調用listen()函數使套接字成爲一個監聽套接字
等待來電
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調用accept()函數來接受客戶端的連接，這時就可以和客戶端通信
接聽到了打來的電話
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處理客戶端的連接請求
接通電話聽、說溝通
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終止連接
掛斷電話
客戶端編寫步驟
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調用socket()函數創建一個用於通信的套接字
買了個手機
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通過設置套接字地址結構，說明客戶端與之通信的服務器的IP地址和端口號
輸入對方手機號
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調用Connect()函數來建立與服務器的連接
撥號，並等接聽
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調用讀寫函數發送或接收數據
說話、聽話
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終止連接
掛斷電話