以前被流放到乡下，无聊时翻的，昨天从盘上翻出来，觉得从来没在网上贴过，埋没了可惜，就灌到CSDN来了，高手不要笑话我，转贴也不用注明了
第一部分：TCP/IP
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Client-Server的概念：
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譬如WWW Server和浏览器，FTP Server和各式各样的FTP工具，等等。
一般意义上的Server提供一种特定的服务，运行在后台，并没有直接
和用户交互的界面、命令行等等，它响应Client的服务请求，并把Client
需要的数据返回给Client，当然，其中可能要经过数据库操作或计算等等。
Client是客户端程序，直接与用户或操作员发生交互，与远程的服务
器上的或本地的后台Server通信，完成用户的请求。一个Client在任何时
刻只能和一个确定的Server通信，而Server，可以同时处理多个Client。
Client-Server是编写网络程序的一般模式（在某些情况下可能会有
更复杂的结构，譬如一个应用程序既做Server又做Client）。
应用程序的通信必须通过网络协议，本文中只讨论TCP/IP协议族。
本文不按照ISO的OSI七层网络分层结构，而是把OSI结构中最上面的
三层（应用层、表示层、会话层）统称应用层，把OSI结构中的最下面两
层（链路层、物理层）统称链路层。这样，我们的分层结构就是：
┏━━━━━┯━━━━━━━━━━━━━━━━━┓
┃ 应用层 │与用户交互的应用程序和服务 ┃
┠─────┼─────────────────┨
┃ 传输层 │TCP & UDP ┃
┠─────┼─────────────────┨
┃ 网络层 │IPv4 & IPv6 ┃
┠─────┼─────────────────┨
┃ 链路层 │网卡驱动程序、网卡本身、传输介质 ┃
┗━━━━━┷━━━━━━━━━━━━━━━━━┛
Client和Server不一定要在同一网段，可以是通过广域网连接的。当
然中间必然要经过路由器。
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一个Daytime的TCP Client例子：
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1 #include "unp.h"
2 int
3 main( int argc, char **argv[])
4 {
5 int sockfd,n;
6 char recvline[MAXLINE + 1];
7 struct sockaddr_in servaddr;
8 if ( argc != 2 )
9 err_quit("usage: %s <IP address>", argv[0] );
10 if( (sockfd = socket( AF_INET, SOCK_STREAM, 0) < 0 )
11 err_sys("socket error");
12 bzero( &servaddr, sizeof(servaddr) );
13 servaddr.sin_family = AF_INET;
14 servaddr.sin_port = htons(13);
15 if ( inet_pton( AF_INET, argv[1], &servaddr.sin_addr) <= 0)
16 err_quit("inet_pton error for %s", argv[1]);
17 if ( connect( sockfd, (SA *)&servaddr, sizeof(servaddr) ) <= 0 )
18 err_sys("connet error");
19 while( (n = read( sockfd, recvline, MAXLINE)) > 0 ){
20 recvline[n] = 0;
21 if ( fputs( recvline, stdout) == EOF )
22 err_sys("fputs error");
23 }
24 if ( n < 0 )
25 err_sys("read error");
26 exit(0);
27 }
这个程序运行后的结果大致如下：
# a.out 206.62.226.35
Fri Jan 12 14:27:52 1999
这个27行的程序中有许多细节问题，我们先大概看一下：
1 ：unp.h是我们自己的头文件，里面有一些宏定义，和一些include
语句。
2 - 3 ：命令行参数
10 - 11 ：创建一个TCP socket，所谓TCP socket，其实就是一个Internet
(AF_INET)的stream(SOCK_STREAM) socket，注意Internet的大写
的I，这样的写法指互连的网络，而不一定要是因特网；stream即
字节流的意思。与之对应的是SOCK_DATAGRAM，数据报的socket，
即：UDP。
12 - 16 ：填写socket的地址结构，填入server端的IP地址和要连接的端口
号（port_number）。我们先是通过bzero把整个结构的内容置为0，
把地址族address family填为：AF_INET，地址族是内核需要的一
个参数，尽管我们的程序都是用AF_INET，但实际上内核可以处理
多种地址结构，一个典型的例子是：AF_UNIX，只限于本地进程间
通信的socket地址结构。端口号赋为我们需要的服务的端口号，
在本例中是Daytime的端口：13，IP地址赋为命令行的参数值，由
于在这个地址结构中这些值都有特定的格式，所以我们用库函数：
htons ：host to network short 和
inet_pton ：presentation to numeric
来转换格式。
注意：对于某些早期的IPv4，不支持inet_pton，改用：inet_addr。
17 - 18 ：connect调用实现和servaddr结构中指定的IP & port的连接，注意
connect的第三个参数，这是servaddr结构的大小，这个参数也是
内核为了处理多种地址结构所必需的。
#define SA struct sockaddr_in
这样的写法不使程序行过长。
19 - 25 ：读取server的返回，并输出到屏幕(stdout)。
这里要注意，由于TCP是字节流协议，server返回的字符串可能是在
一个TCP段（TCP segment）内，也有可能是在很多个TCP段内，所以
我们在从TCP socket中读取数据的时候总是把read放在循环内，直
到read返回0（对方关闭了socket）或者返回小于0的数（error）。
在本例子中，是由于server关闭了它的socket，使得我们程序中的
read返回0，这种形式也存在于HTTP中；但还有其他的协议，譬如FTP
和SMTP，是在每个记录尾部标记回车换行，还有一种情况，是在每个
记录头部先声明此记录的长度，SUN RPC和DNS就是这样的。
最后要说明的是：TCP本身不提供记录边界的服务，应用程序如果需
要知道一个记录是否结束，它必须自己想办法，譬如象上面这三种。
26 ：程序结束。UNIX会关闭所有没有关闭的文件句柄，包括socket。
东西太多了，慢慢来，不急。
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协议无关性
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我们上面这个程序是建立在IPv4的基础上的，如果我们要它在IPv6下工作，我
们要做如下改动：
7 struct sockaddr_in6 servaddr;
10 if( (sockfd = socket( AF_INET6, SOCK_STREAM, 0) < 0 )
13 servaddr.sin6_family = AF_INET6;
14 servaddr.sin6_port = htons(13);
15 if ( inet_pton( AF_INET6, argv[1], &servaddr.sin6_addr) <= 0)
也就是所有用到AF_INET或者servaddr.sin_addr的地方。以后会有一个叫：
getaddrinfo的调用，可以让我们编写出与协议无关的程序。
人们总是习惯于说：169.xici.net.cn的HTTP服务，而不是说：10.74.32.74的
80端口。所以我们必须要能把域名和服务转换成系统调用能接受的形式，有这样的
函数：gethostbyname和getservbyname。
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出错处理
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我们不可能每个程序都这样写：
if ( (sockfd = socket ( AF_INET, SOCK_STREAM, 0) < 0 )
err_sys("socket error")；
我们这样：
int
Socket( int family, int type, int protocol)
{
int n;
if ( (n = socket( family, type, protocol )) < 0 ){
err_sys("socket error");
return n;
}
这样做的目的是使程序看起来不那么长。
每次系统调用出错时，系统调用返回-1，UNIX的全局变量errno被赋值，其值在
<sys/errno.h>中有详细的描述。
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一个Daytime的TCP Server例子：
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我们来自己写个Server吧：
1 #include "unp.h"
2 #include <time.h>
3 int
4 main( int argc, char **argv[])
5 {
6 int listenfd, connfd;
7 struct sockaddr_in servaddr;
8 char buff[MAXLINE];
9 time_t ticks;
10 listenfd = Socket( AF_INET, SOCK_STREAM, 0 );
11 bzero( &servaddr, sizeof(servaddr) );
12 servaddr.sin_family = AF_INET;
13 servaddr.sin_addr.s_addr = htons(INADDR_ANY);
14 servaddr.sin_port = htons(13);
15 Bind( listenfd, (SA *)&servaddr, sizeof(servaddr) );
16 Listen( listenfd, LISTENQ );
17 for( ; ; ) {
18 connfd = Accept( listenfd, (SA *)NULL, NULL );
19 ticks = time( NULL );
20 snprintf( buff, sizeof(buff), "%.24s\r\n", ctime(&ticks) );
21 Write( connfd, buff, strlen(buff) );
22 Close( connfd );
23 }
24 }
11 - 15 ：通过填写地址结构和调用bind，把端口13和listenfd绑定；INADDR_ANY
的意思是允许listenfd接受任何地址来的连接请求，如果我们不希望这
样，我们也可以指定listenfd可以接受请求的地址。随后讨论。
16 ：调用listen，listenfd进入listening状态，LISTENQ是告诉内核可以为
连接请求开多大的队列，最大值一般是5。
17 - 21 ：accept是个阻塞调用，程序执行到这里，就停下，等待连接请求，当连
接请求到达，并且TCP的三段握手完成后，accept返回，返回一个新的
文件句柄：connfd，对每个不同的连接，accept返回不同的connfd，与
listenfd不同，listenfd只用于等待连接请求，而对每一个已经实现的
连接，我们是用这个连接的connfd来通信，交换数据。
snprintf是为了防止恶意攻击而采取的手段，如果用sprintf的话，大量
的服务请求很容易导致缓存溢出，与此类似有危险的函数还有：gets，
strcat，strcpy，通常用：fgets，strncat，strncpy来代替。
同上，这个程序也是与协议有关的，我们同样可以使用getaddrinfo来使得它与协
议无关。
这个server只能同时处理一个服务请求，在处理这个请求的过程中（尽管这个时间
非常短）不能接受新的请求，为了能够并发的处理client的服务请求，我们要用到UNIX
的系统调用：fork，为每个连接创建一个子进程，处理完后子进程自然死亡，还有一种
办法是事先就生成许多子进程，处理完后可以循环使用，后者一般不常用。
如果我们要让这个server长时间的运行在后台，我们一般会再改动些代码，来配合
UNIX下的superserver：inetd，这个以后再说。我们现在可以简单的用&把它放到后台。
当然，如果真要运行的话，端口不能用13，它已经被系统里正宗的Daytime server先用
了，我们必须换一个。
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常用命令
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netstat、ifconfig、ping，是最常用的三个检查网络状态的命令。可以查看man联
机文档获得详细用法。
大致用法是：
netstat
-i ：查看网络接口，譬如：lo0、eth0
-r ：查看路由表
-a ：查看所有socket状态
-n ：以数字形式显示
ifconfig
后面跟系统中定义的接口名，查看接口的详细资料
ping
后面跟IP地址，通过ICMP协议，检查网络的连通性；也可以通过广播地址，了解一
个网段内主机的运行情况；可以通过-s指定ICMP包的大小，来检查线路质量。
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IP简介
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IP层提供的是一种无连接无确认的数据报发送服务，IP层尽最大努力向目的地发送
数据报，但并不保证数据完整正确的到达，可靠性必须由上层协议来完成，譬如TCP，如
果使用UDP，则由应用程序自己负责。
IP层的核心内容：数据的分段、重装，网间中继和路由选择。
IPv4的结构：(IPv6就算了、、、里面好多东西还没定型)
0 3 4 7 8 15 16 31
┏━━━━┯━━━━┯━━━━━━━━┯━━━━━━━━━━━━━━━━┓ ──
┃ version│ header │ type of service│ total length ( in bytes ) ┃ ↑
┃ (4) │ length │ │ ┃ │
┠────┴────┴────────┼─┬─┬─┬──────────┨ │
┃ identification │0 │DF│MF│ fragment offset ┃
┠─────────┬────────┼─┴─┴─┴──────────┨ 20
┃time to live (TTL)│ protocol │ header checksum ┃ bytes
┠─────────┴────────┴────────────────┨
┃ 32-bit source IPv4 address ┃ │
┠───────────────────────────────────┨ │
┃ 32-bit destination IPv4 address ┃ ↓
┠───────────────────────────────────┨ ──
┋ options ( if any ) ┋
┠───────────────────────────────────┨
┋ ┋
┋ data ┋
┋ ┋
┗━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┛
具体含义如下：
version ：4位版本号，值为4（IPv4）
header length ：整个IP头的长度，包括任选项(options)，单位是四字节(32-bits)，
由于这个域是4位，最大值为15，所以，IP头的最大长度为：60字节，
这60字节包括了20个字节的固定头部，40字节的任选项。
type of service ：8位服务类型字段，由三位先导位（无定义）和四个服务类型位和
一个保留位（必须为0）组成，我们可以通过socket的IP_TOS选项
来设定服务类型：要求尽量大的传输量还是尽量小的延迟，或者是
尽量大的可靠性、尽量小的开销。
total length ：16位，整个IP包的长度，包括了头部，我们可以算出，实际的载荷长
度是本字段的值减去四倍的header length的值。这个字段的一个不经
常提及的作用是：通常链路层都有一个最小数据帧长度，譬如802.3网
有个64字节的限制（计算机网络213-214），有可能一个合法的IP包不
能满足这个要求，本地链路层就会添加填充字段，以满足物理需要，远
端链路层照样会把这些填充字段交给它的IP层，对方IP层就要使用这个
长度值来判断有效数据的长度。
identification ：16位，对于每个IP包都赋予不同的值，用于分段、重装。
DF & MF ：do not fragment，和 more fragment的意思，这两个位和后面的13位的frag-
ment offset都用于分段和重装。
time to live ： 由发送方赋值，在数据报投递的过程中，被每一个经过路由器减一，
一旦这个值被减到0，数据报被丢弃，这个字段的最大值是255，缺省
值一般是64，我们可以通过socket的IP_TTL和IP_MULTICAST_TTL选项
来设定它的值。
protocol ：指明IP包中有效载荷字段内的内容使用的协议：1 (ICMPv4)、2 (IGMPv4)、
6 (TCP)、17 (UDP)、等等。
header checksum ：头部（包括任选项）校验和。
address ：源端和目的端IP地址。
options ：一些路由选择、时戳、安全性的信息。最大40字节。可以通过getsockopt、
setsockopt的IPPROTO_IP、IP_OPTIONS来读取和设置。
关于IP地址的表示方法，我们用 ：206.62.226.67/26 来表示主机206.62.226.67，它
的掩码为：255.255.255.192 (26个1)，这个网段的网络地址为：206.62.226.64/26，广播
地址为：206.62.226.127。我们不再理会所谓的A、B、C类的划分。
环路地址：凡是发往地址127/8的IP包都不送往链路层，而是直接做为本地IP层的输入；
通常用这个地址来调试程序，宏定义为：INADDR_LOOPBACK 127.0.0.1（这个最常用）。
multihomed host的定义：
1、有多个接口的主机，譬如两块802.3网卡（可以在同一个网段），或者是一块802.3
网卡和一块.25网卡，或者是一块802.3网卡和一个拨号备份线路。
2、在同一接口上设置的别名，使用不同的IP地址。(这个我不大懂，没配过)
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ICMPv4 简介
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ICMP ：Internet Control Message Protocol
ICMP是建立在IP之上的，用于在主机、路由器之间传递出错和控制信息，通常是由
TCP/IP软件本身使用，但也有应用程序使用ICMP，譬如：Ping、Traceroute。
0 7 8 15 16 31
┏━━━━━━━━━┯━━━━━━━━┯━━━━━━━━━━━━━━━━┓
┃ type │ code │ checksum ┃
┠─────────┴────────┴────────────────┨
┋ ┋
┋ ( remainder depends on type and code ) ┋
┋ ┋
┗━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┛
我们要关心的是应用程序能获得哪些ICMP消息，什么消息指明什么错误，错误原因是如
何返回到我们的程序的：
┏━━┯━━┯━━━━━━━━━━━━━━━━━┯━━━━━━━━━━━━━━┓
┃type│code│ Description │ Handled by or errno ┃
┠──┼──┼─────────────────┼──────────────┨
┃ 0 │ 0 │ echo reply │user process (ping) ┃
┠──┼──┼─────────────────┼──────────────┨
┃ 3 │ │ destination unreachable: │ ┃
┃ │ │ │ ┃
┃ │ 0 │ network unreachable │EHOSTUNREACH ┃
┃ │ 1 │ host unreachable │EHOSTUNREACH ┃
┃ │ 2 │ protocol unreachable │ECONNREFUSED ┃
┃ │ 3 │ port unreachable │ECONNREFUSED ┃
┃ │ 4 │ fragmentation needed │EMSGSIZE ┃
┃ │ │ but DF bit set │ ┃
┃ │ 5 │ source route failed │EHOSTUNREACH ┃
┃ │ 6 │ destination network unknown │EHOSTUNREACH ┃
┃ │ 7 │ destination host unknown │EHOSTUNREACH ┃
┃ │ 8 │ source host isolated(obsolete)│EHOSTUNREACH ┃
┃ │ 9 │ destination network │EHOSTUNREACH ┃
┃ │ │ administratively prohibited │ ┃
┃ │ 10 │ destination host │EHOSTUNREACH ┃
┃ │ │ administratively prohibited │ ┃
┃ │ 11 │ network unreachable for TOS │EHOSTUNREACH ┃
┃ │ 12 │ host unreachable for TOS │EHOSTUNREACH ┃
┃ │ 13 │ commuication administratively │ ┃
┃ │ │ prohibited │(ignored) ┃
┃ │ 14 │ host precedence violation │(ignored) ┃
┃ │ 15 │ precedence cutoff in effect │(ignored) ┃
┠──┼──┼─────────────────┼──────────────┨
┃ 4 │ 0 │ source quench │kernel for TCP ┃
┃ │ │ │ignored by UDP ┃
┠──┼──┼─────────────────┼──────────────┨
┃ │ │ redirect: │ ┃
┃ │ │ │ ┃
┃ 5 │ 0 │ redirect for networkk │kernel updates routing table┃
┃ │ 1 │ redirect for host │kernel updates routing table┃
┃ │ 2 │ redirect for TOS and network │kernel updates routing table┃
┃ │ 3 │ redirect for TOS and host │kernel updates routing table┃
┠──┼──┼─────────────────┼──────────────┨
┃ 8 │ 0 │ echo request │kernel generates reply ┃
┠──┼──┼─────────────────┼──────────────┨
┃ 9 │ 0 │ router advertisement │user process ┃
┠──┼──┼─────────────────┼──────────────┨
┃10 │ 0 │ router solicitation │user process ┃
┠──┼──┼─────────────────┼──────────────┨
┃ │ │ time exceeded: │ ┃
┃11 │ │ │ ┃
┃ │ 0 │ TTL equals 0 during transit │user process ┃
┃ │ 1 │ TTL equals 0 during reassembly│user process ┃
┠──┼──┼─────────────────┼──────────────┨
┃ │ │ parameter problem: │ ┃
┃12 │ │ │ ┃
┃ │ 0 │ IP header bad (catchall error) │ENOPROTOOPT ┃
┃ │ 1 │ required option missing │ENOPROTOOPT ┃
┠──┼──┼─────────────────┼──────────────┨
┃13 │ 0 │ timestamp request │kernel generates reply ┃
┠──┼──┼─────────────────┼──────────────┨
┃14 │ 0 │ timestamp reply │user process ┃
┠──┼──┼─────────────────┼──────────────┨
┃15 │ 0 │ information request (obsolete) │(ignored) ┃
┠──┼──┼─────────────────┼──────────────┨
┃16 │ 0 │ information reply (obsolete) │user process ┃
┠──┼──┼─────────────────┼──────────────┨
┃17 │ 0 │ address mask request │kernel generates reply ┃
┠──┼──┼─────────────────┼──────────────┨
┃18 │ 0 │ address mask reply │user process ┃
┗━━┷━━┷━━━━━━━━━━━━━━━━━┷━━━━━━━━━━━━━━┛
所有标注：user process的地方，都可以通过raw socket（原始套接字）获得。
原始套接字：直接面向IP层的socket：SOCK_RAM。
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TCP/IP协议族简介
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TCP/IP协议族中最重要的两个协议就是字面上这两个：TCP和IP，此外还有
UDP、ICMP、IGMP、ARP、RARP、BPF、DLPI。
ICMP我们已经介绍过了，下面简单说一下其他几个协议：
IGMP ：Internet Group Message Protocol，用于多点广播。
ARP ：Address Resolution Protocol，实现IP地址和链路层物理地址的映
射关系，只在链路层是广播形式的时候需要，譬如：802.3(Ethernet)、802.4
(token bus)、802.5(token ring)、FDDI等等，在点对点连接的情况下不需要。
RARP ：Reverse Address Resolution Protocol，实现从链路层物理地址
到IP地址的映射，通常用于无盘工作站的启动过程。
BPF ：BSD Packet Filter
DLPI ：Data Link Provider Interface
上面这两个是直接和链路层通信的协议，只有Linux提供了一种特殊的叫做
：SOCK_PACKET的socket可以利用这两个协议。
值得注意的是：在IPv6中，ICMP、IGMP、ARP、RARP都由一个叫做ICMPv6的
协议取代，使用的也不再是IPv4、而是IPv6。
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TCP & UDP 简介
===============
这两个协议是我们的五层结构中的传输层协议，也是我们编写socket程序的
切入点，有必要详细介绍，不过再详细也不如自己去看书。
UDP ：User Datagram Protocol，用户数据报协议
提供无连接的数据报服务，即不保证数据送达目的地。它只是简单的把应用
程序的数据交给IP层，IP层把数据封装进IP包，发往目的地，没有确认！如果有
必要，应用程序必须自己负责处理确认、超时、重传、流控等。
每一个 UDP的数据报都有一个长度，我们可以把它看做是一个记录，如果数
据完整无错的到达了目的地，对方可以知道记录的长度，这点和TCP不同。
UDP 还有个好处是，在Client和Server之间没有建立连接，对于只需一个包
就完成的事务，不需要烦琐的三段握手和四个包的断开确认，Client可以在向一
个Server发送完数据后马上使用刚才这个socket向另外一个Server发送，同样，
Server的同一个socket也可以顺序接收不同的Client的数据。
TCP ：Transfer Control Protocol
传输控制协议，提供面向连接的、全双工的、可靠的、顺序的、无重复的字
节流服务，TCP 协议把数据以通信双方所能接受的最大发送长度为单位把用户数
据分段发送，TCP 协议不保持数据的记录边界；TCP 内部自己有处理诸如确认、
超时、重传、流控等的机制。
面向连接：要使用TCP 通信，就必须先建立连接，然后才能交换数据，最后
还要断开连接。
可靠性： TCP向对方发送数据的时候，它会等待一个确认，如果没有收到确
认，TCP将重发一遍，继续等待确认，一定次数的重传后，TCP会放弃，并返回出
错信息。TCP中有个叫RTT：round-trip time 的算法，可以知道确认大概在什么
时候到达，RTT ，在一个LAN上可能是微秒级的，在一个WAN上可能是秒级的，而
且这个值是动态的，在某个时刻，TCP认为RTT是一秒，但是30秒后，TCP 可能就
认为RTT是两秒，全由网络当时的负荷等决定，TCP可以算出下一个确认应该等待
多长时间。通常从第一次发送到最后放弃，是4分钟到10分钟。
有序性： TCP会为它发送的每个字节标记编号。譬如，应用程序要发送一
个2K长的数据，使得TCP把它们分做两个段（所谓段，就是TCP交给IP的数据单位）
发送，那么TCP给第一个段的编号就是1-1024，第二个段的编号号就是 1025-2048，
如果数据没有按顺序到达，或者是出现了重复（由于无必要的重传引起的），对
方的TCP会根据编号排列，丢弃副本，把正确的数据交给应用程序，
流控： TCP总是告诉它的另一端，它当前能够接受多少个字节的数据，这个
值叫做活动窗口，在任一时刻，活动窗口的值总是当前接收缓冲区的空闲总和，
窗口的值是动态的，当数据到达，窗口值变小，当应用程序读取后，窗口值变大，
如果接收缓冲区已满而应用程序不读取，则窗口值为 0，这时，在接收任何数据
之前，必须等待程序把当前的数据从缓冲中取走。
全双工：程序可以在同一个TCP连接同时接收和发送数据，TCP给每个方向的
传送保留不同的活动窗口值、序列号等。（UDP也可以使用同一个 socket发送和
接收）
______________________________________________________________________
TCP连接的建立
TCP建立的时候要经过如下4个步骤：
1、Server必须准备接受一个连接请求，通过：socket、bind、listen调用，
这个过程叫做被动打开(passive open)。
2、Client通过调用connect主动打开(active open)，这使得Client端的TCP
发送一个SYN段(synchronize)，告诉Server，我(Client)发送数据的初始序列号，
通常这个SYN段不包含任何数据，只有IP头，TCP头，有可能有TCP选项(即将谈到)。
3、Server给Client一个确认，并且也要给Client一个SYN段，告诉Client它
的初始序列号，和它的TCP选项(和Client发过来的选项通常不一样，全双工嘛)，
通常这个ACK和SYN是放在一个段里面发送的。
4、Client确认Server的SYN。
如图：
client server
connect┃ SYN J ┃
(active open)┠───────────→┨
┃ ┃accept
┃ ACK J+1， SYN K ┃
connect return┠←───────────┨
┃ ┃
┃ ACK K+1 ┃
┠───────────→┨accept return
┃ ┃
client的初始序列号是J，server的初始序列号是K，ACK J+1 的意思是：已
经收到J，下一个期望的是J+1。
这里的J、K就是包的序列号，下面那个图的M、N也是这个意思，很显然，cl-
ient的初始序列号就是J，server的初始序列号就是K。
______________________________________________________________________
TCP的选项
1、MSS：Maximum Segment Size，最大段长度，我们可以通过TCP_MAXSEG的
定义，通过getsockopt、setsockopt来读取或设置它，通常这个值与链路层的最
大帧长有关系，通过适当的设定，可以减少或是防止IP层的数据分段。
2、活动窗口大小， TCP 可以向连接的另外一端建议的最大活动窗口大小是
65535字节，因为TCP头部中这个字段的宽度是16位，最大只能到65535 ，但是在
一些速度很快的网络上（或者是时延比较大的地方：卫星），这个值不够用，于
是新的定义是把这个值左移14位，那么最大值就是65535乘以2的14次方，等于：
1073725440字节，够了。为了与早期没有这个选项的TCP兼容：TCP可以提出它建
议的窗口大小，但它只有在对方也提出这个选项的时候才对自己的窗口大小做调
整。宏定义：SO_RCVBUF。
3、Timestamp，时戳，多用于高速网，为了防止假丢包的错误，编程人员对
此无需了解。
______________________________________________________________________
TCP连接的释放要经过如下四个步骤：
1、首先调用close的一端(又叫active close)，发送一个带FIN标志的TCP包，
表示数据发送结束。
2、收到FIN的一端(又叫：passive close)，对FIN包做确认，在给应用程序
的接收缓冲的最后放入一个end-of-file；因为收到FIN就意味着在这个连接上不
可能再收到任何数据了。
3、一段时间后，应用程序收到end-of-file，调用close，被动关闭一端的
TCP发送FIN包。
4、主动关闭的一方收到FIN后，做确认。
如图：我们假设是client做active close。
client server
┃ FIN M ┃
close ┠───────────→┨
┃ ┃read return 0
┃ ACK M+1 ┃
┠←───────────┨
┃ ┃
┃ FIN N ┃
┠←───────────┨
┃ ┃
┃ ACK N+1 ┃
┠───────────→┨accept return
┃ ┃
通常需要四个包才能完全释放一个TCP连接，但有时候FIN M是随着数据一起
发送的，而ACK M+1和FIN N一起发送(应用程序很快就收到了end-of-file，调用
了close)。
在确认M+1后，在发送FIN N之前，有可能有数据从passive close一方发向
active close一方，这叫做：half-close，我们以后在讲shutdown调用的时候再
详细讨论。
______________________________________________________________________
TCP的状态
这个东西比较重要，因为netstat -a最后一列显示的就是这十一种状态中的
某一个。
首先我们定义CLOSED状态，就是socket的出发点，也是终点，在netstat -a
中是不可能显示出来的，因为netstat -a是不显示一个CLOSED的socket的，我们
可以把这个状态想的抽象一点，或者你也可以认为没有这个状态。
一个最普通的是ESTABLISHED状态，就是连接已经建立，正使用的状态。
由于active open的一方不一定是active close，也可能是passive close，
所以我们把open和close分开来说，首先说open过程中的状态：
active open一方：发送了SYN J后从 CLOSED 进入 SYN_SEND 状态，再收到
ACK J+1、SYN K、发送ACK K+1后，进入ESTABLISHED状态。
passive open一方：调用listen后从CLOSED进入：LISTEN状态，收到SYN J
后发送ACK J+1、SYN K，进入SYN_RCVD状态，再收到ACK K+1后进入ESTABLISHED
状态。
断开连接的时候：
active close一方：发送 FIN M后进入 FIN_WAIT_1 状态，收到ACK M+1后
进入FIN_WAIT_2状态，再收到FIN N后，发送ACK N+1，进入TIME_WAIT 状态(马
上详细讲这个TIME_WAIT)。
passive close一方：收到FIN M，发送ACK M+1，进入CLOSE_WAIT状态，当
应用程序调用了close后，发送FIN N，进入LAST_ACK状态，收到最后一个ACK
N+1后，回到CLOSED状态。
这里有一种特殊情况，就是双方同时调用close，这种情况很常见，因为TCP
不保持记录边界，当一个程序采用了先发送长度给对方的方法来标记记录的时候，
很经常出现双方同时关闭socket的情况：发送的发完就调用close，接收的先收到
长度，然后再收到长度指定的那么长的数据后，想都不想就close、、、
这样的话，有可能在发送了FIN后，还没收到ACK，先收到一个FIN，这个时候，
我们叫它：CLOSING状态，这种情况下，双方都还要发送、接收ACK，最后都进入
TIME_WAIT。
TIME_WAIT：每次active close的一方都要进入这个状态，等什么呢？
1、active close的一方也是发送最后一个ACK的一方，如果这个ACK丢失的话，
对方会再发送FIN，它就是要等这个不一定到来的FIN，如果不等待就进入CLOSED，
而ACK确实丢失，那么对方就会再发FIN，但是它永远收不到ACK了，对方的应用程
序就会收到一个error。
2、等待所有还在途中的IP包消亡。我们考虑这样一个极端的例子，它不是不
可能的：我们在206.62.226.63上ftp到198.69.10.2，本地的端口号是临时的，我
们假设它是1500，那么这个连接就是<206.62.226.63.1500 , 198.69.10.2.21>，
这个写法我们马上详细讲，在这个连接建立以后的某个时候，某个路由器或者是
某条线路出了毛病，延迟立即变大，在TIMEOUT后，包被重发，对方收到，然后这
个时候，关闭连接，假设没有TIME_WAIT状态的话，本地的临时端口号1500被释放，
然后马上就有另外一个用户与198.69.10.2的FTP端口连接，它的临时端口号也是
1500，那么，这个连接再次出现：<206.62.226.63.1500 , 198.69.10.2.21>，好，
这个时候，在线路或者是路由器出问题的时候被耽搁的包到了、、、出错、、、。
由以上两个原因我们可以看出，TIME_WAIT的时间应该能够等到那个不一定来
的FIN，还要能让所有在途中的IP包消亡：应该是2MSL，MSL：Maximum Segment
Lifetime，就是一个IP包能在网络上存活的最大时间，关于这个MSL，RFC1122 的
建议是2分钟，而BSD socket实现的时候是用的30秒。这个时间主要由IP包头部的
TTL和一些经验值决定。
如果在TIME_WAIT的过程中，ACK丢失，而对方重发的最后一个FIN又不断丢失，
直到TIME_WAIT结束，那么对方的应用程序是会收到一个 error，不过对于这种情
况，我们已经无能为力了。
TIME_WAIT时间到后，进入CLOSED状态。
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TCP的端口号
我们要注意这么几点：
1、系统保留端口：1-1023，只有超级用户的进程才可以把这个范围里面的端
口和它的socket绑定作为server。
2、临时端口：1024-5000，这些是给本地上的client 进程用的，系统临时给
这些client进程分配这个范围内的端口号。我们要注意，如果我们的 server用了
这个范围内的端口号，那么，它不一定能在任何时候都运行成功(放在rc.d里面是
可以）。这个范围现在看来已经很小，不够用了，所以Solaris把它的范围移到了
32768-65535 ，还有一些版本的UNIX把上限5000改为50000。
3、有些client进程必须要使用保留端口号，譬如rlogin、rsh ，它们通过一
个叫rresvport的调用来获得513-1023中的未用端口号，这个调用从大的数值开始
一个一个试，直到遇到没有被占用的，一般情况下1023 是没有被占用的，也就是
说rresvport一般是返回1023。
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socket pair：就是这种写法：<206.62.226.63.1500 , 198.69.10.2.21>
IP地址后面的数字表示当地的端口号，这就表示一对socket，它有四个元素组成：
本地IP、本地端口号、远端IP、远端端口号，一个socket pair在它所处的网络上
是唯一的，譬如因特网，它可以标识一个唯一确定的TCP连接。
尽管UDP不是面向连接的协议，但我们也可以定义UDP的socket pair，当然，
这没什么意义。
为了理解socket pair，我们考虑这样的情况：server是198.69.10.2的ftpd
进程，它绑定的端口是21，然后，206.62.226.63的一个用户与这个server建立了
连接，它获得的临时端口号是1500，这时，就有了个socket pair：< 198.69.10.
2.21 , 206.62.226.63.1500>，然后问题出来了，198.69.10.2上的端口21不是在
listen吗？那如果新的连接请求来了怎么办？回想那个Daytime的server的源码，
用于listen的socket是listenfd，而与client通信的socket是connfd，这么说吧：
在198.69.10.2上这时确实是有两个看上去一样的socket：IP地址一样，端口号一
样，但是，我们确定一个TCP连接是要一个socket pair，于是，如果有发给198.
69.10.2.21的包，TCP内核会检查包的来源，如果是206.62.226.63.1500来的，就
把包送给已经建立了连接的那个socket，如果不是，就送给那个在listen的socket。
更极端一点，如果server是并发的(ftpd确实是的)，在处理第一个连接的时候生
成了一个子进程，然后从206.62.226.63又来了一个连接请求，然后它再开一个子
进程，这个socket pair譬如说是：< 198.69.10.2.21 , 206.62.226.63.1501>，
那么，以后凡是发给198.69.10.2.21的包，198.69.10.2上的TCP内核都会检查来
源，如果是206.62.226.63.1501来的，就交给第二个子进程的connfd，如果是206
.62.226.63.1500来的，就交给第一个子进程的connfd，如果都不是，就交给 --
listenfd。
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IP层所受的物理限制和对TCP的影响：
1、IPv4包最大不能超过65535字节，包括头部，因为长度字段只有16位。
2、IPv6包最大不能超过65575字节，因为它的长度字段不包括头部的40字节。
3、MTU：Maximum Transmission Unit，由链路层决定的最大帧长，Ethernet
的是1500字节，PPP的MTU是可协商的，SLIP的是296字节、、、。
IPv4需要最少有MTU值为68字节的链路层，IPv6要576字节。
4、路径最小MTU，是指从一台主机到另一台主机中间所有链路的最小MTU，现
在这个值一般是Ethernet的1500字节。这个路径最小MTU，是有方向性的，从A到B
的值和从B到A的值可能不一样，因为路由可能不同。
5、当IP要在一个MTU比当前要发送数据的长度小的接口上发送包的时候，IP
就会把数据分段，这些被分段的数据在没有到达最终目的地之前不被重装。
对于IPv4，主机和路由器都可以进行包的分段，而在IPv6中，路由器不允
许对要它转发的包进行分段，而是简单的返回错误信息：Packet too big。（要
说明的是，如果是路由器本身产生的包，譬如由telnetd产生的，因为很多路由器
都要通过局域网来进行配置，直接接终端太麻烦；这些包是可以被路由器分段的）
6、如果“DF”(Don't fragment)被置的话，IPv4中的主机和路由器都不能对
包进行分段，而是返回：fragmentation needed but DF bit set 的ICMP 包或出
错信息。DF位的这个特性被用于找出路径最小MTU，当然IPv6也可以做这件事情了，
因为它的路由器本来就不能分段。
7、最小重装缓冲区(Minimum Reassembly Buffer Size)大小，IPv4中为576字
节，IPv6为1500字节，我们无法得知一个给定的IPv4主机是否能接收一个577 字节
的包。
8、TCP的MSS，已经说过了，这里要指出的是，它的值一般是路径最小MTU减去
TCP头部长度和IP头部长度，譬如，路径最小MTU是Ethernet的1500字节的时候，使
用IPv4的TCP提出的MSS就是1460，如果用的是IPv6的话，就是1440。
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TCP的输出过程的简要描述：
每个TCP socket都有一个发送缓冲，我们可以通过setsockopt的SO_SNDBUF来改
变它的大小，当应用程序调用了write，内核就把所有的数据从应用程序的内存空间
拷贝到socket的发送缓冲，如果空间不够的话（有可能是应用程序的数据太多，同
时socket的发送
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