高级C与网络编程复习（2）—— 传输层：TCP、UDP、SCTP（第二章）

总图（Big Picture）

UDP

UDP应用程序将数据封装到UDP数据报，，并将其写到UDP socket。进而封装成IPV4或IPV6数据报（datagram），然后发送到目的地
UDP提供的是无连接的服务（connectionless service）
每个UDP数据报都有一个长度，如果一个数据报正确地到达目的地，那么数据报的长度将随数据一道传递给接收端应用程序
RFC 768 [Postel 1980]

TCP

面向连接（Connection-oriented）
提供可靠传输（Reliable）
TCP通过给每个字节关联一个序列号（sequence）对所发送的数据进行排序（sequencing）
TCP提供流量控制（flow control）==> 控制接收端收包的速率
全双工（full-duplex）

TCP连接的建立和终止

三路握手 ———— Three-Way Handshake (SYN, ACK)
1. 服务器通过socket，bind，listen创建一个监听socket，并调用accpet准备接受外来的连接（这些工作要在客户端请求来临之前做好）。
2. 客户端通过socket函数创建一个未连接的socket，再调用connect尝试连接到服务器（此时客户端阻塞，等待服务器响应）。此时会向服务器发送一个SYN包（表明客户端欲向服务器申请服务），等待服务器的确认。
3. 服务器收到SYN包，则向客户端发送一个ACK（告诉客户端，请求我已经收到）。同时发送一个SYN（通知客户端服务器需要知道客户端是否收到回复，收到则请回一个ACK）
4. 客户端收到服务器发回的ACK和SYN之后，connect函数返回（表示连接服务器成功），并向服务器回一个ACK（告知服务器我已经收到你的回复）
5. 服务器收到客户端的ACK以后accept函数返回（此时连接正式建立，可以开始后通信）
  - ACK如果不捎带数据的话，是不占序列号的
  - SYN占一个序列号
四路终止 ———— Four-Way Termination (FIN, ACK)
1. 客户端调用close（任意一端都可以发起终止，此处以客户端发起为例，发起终止的一端称为执行主动关闭）。接着向服务器发送一个FIN，表示数据发送完毕
2. 服务器接收到FIN后回复一个ACK（此时服务器称为执行被动关闭的一端），同时服务器的read函数会读到一个EOF，导致read函数退出
3. 一段时间后，服务器也调用close，向客户端发送一个FIN
4. 客户端收到FIN以后回复一个ACK
  - FIN占一个序列号
  - 在被动关闭一端收到FIN到其调用close函数之间的间隙，称为半关闭状态（half-close），在这段时间内理论上仍然有发送数据的可能（但是通过close方式关闭的话，时无法再进行通信的，因为close会同时关闭写一端和读一端，后面接收shutdown就可以只关闭写或读）
  - 当一个Unix进程无论自愿（调用exit或main函数返回）还是非自愿（收到一个终止本进程的信号）的终止时，所有打开的描述符都将被关闭，这也导致主机向仍然打开的任何TCP连接上发出一个FIN（对于那些描述符只被这个终止的进程持有的连接而言）

TCP状态转换图

上述状态转移图中的细线表示的是可能执行的路线。粗线和虚线表示的是TCP服务器和客户端正常情况（或说大多数情况）走的状态转移路线。
当发生错误，或遇到一些比较凑巧的事件，就可能走细线指向的转移路线
- 举例来说：途中有一条细线是SYN_SENT ——> SYN_RCVD的
- 这种情况可能是客户端发出了一个SYN到服务器，并希望服务器回一个ACK和一个SYN
- 但是由于一些不可预知的错误，服务器返回的SYN和ACK只有SYN回到了客户端，而ACK则延迟了或丢了
- 这个时候客户端的状态就转移到了SYN_RCVD。之后一旦收到ACK（可能是服务器发送的消息丢包后重传，也可能是延迟的消息到达了），则客户端的状态可正常转移到ESTABLISHED状态