TCP的服務監聽步驟（等待客戶端連接前）
TCP 服務器通過以下步驟完成從初始化到等待客戶端連接，為后續的數據傳輸（send()/recv()）奠定了基礎
一、創建套接字（Socket）
- 作用：套接字是網絡通信的端點，用于標識通信中的雙方（IP 地址和端口號）。服務器首先需要創建一個套接字，作為后續監聽和通信的基礎。
- 實現：應用程序通過系統調用（如
socket()）創建套接字，指定地址族（如 IPv4 用AF_INET）、傳輸層協議（TCP 用SOCK_STREAM）等參數。 - 示例：在 Linux 中，
int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);?會創建一個 TCP 套接字，返回套接字描述符sockfd。
二、綁定套接字到本地地址和端口（Bind）
- 作用：將創建的套接字與服務器的本地 IP 地址和指定端口號綁定，確保客戶端能通過該地址和端口找到服務器。
- 實現：
- 應用程序定義一個包含本地 IP 地址和端口號的結構體（如
sockaddr_in）。 - 通過系統調用（如
bind()）將套接字與該結構體綁定。
- 應用程序定義一個包含本地 IP 地址和端口號的結構體（如
- 注意：
- 端口號通常選擇 1024 以上的非特權端口（避免與系統服務沖突）。
- 若 IP 地址設為
INADDR_ANY（通配地址），表示服務器監聽所有可用的本地網絡接口。
- 示例：
bind(sockfd, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr));
三、設置監聽狀態（Listen）
- 作用：將綁定后的套接字轉換為監聽套接字，使其能夠接收客戶端的連接請求。同時，操作系統會為該套接字維護一個連接請求隊列（未完成三次握手的客戶端請求）。
- 實現：通過系統調用（如
listen()）設置監聽，參數包括監聽套接字和隊列的最大長度（backlog，即最多能同時等待處理的連接請求數）。 - 注意：
backlog的值需根據服務器性能和預期并發量設置，若隊列滿，新的連接請求會被拒絕（客戶端可能收到 “連接超時” 錯誤）。 - 示例：
listen(sockfd, 5);（表示最多允許 5 個連接請求在隊列中等待）。
四、等待并接受客戶端連接（Accept）
- 作用：監聽套接字進入阻塞狀態（默認情況），等待客戶端的連接請求。當有客戶端發起連接時，服務器通過
accept()系統調用接受連接，生成一個新的連接套接字用于與該客戶端通信。 - 過程：
- 客戶端通過
connect()發起 TCP 連接請求，與服務器進行三次握手。 - 三次握手完成后，連接請求從 “未完成隊列” 移至 “已完成隊列”。
- 服務器調用
accept()從 “已完成隊列” 中取出一個連接請求，創建新的連接套接字（與監聽套接字的 IP 和端口相同，但用于單獨的客戶端通信）。
- 客戶端通過
- 注意：
- 監聽套接字始終保持監聽狀態，用于接收新的連接請求；連接套接字則用于與特定客戶端的數據傳輸。
- 若需處理并發連接，服務器通常會通過多線程、多進程或 I/O 復用（如
select、epoll）來同時管理多個連接套接字。
- 示例：
int new_fd = accept(sockfd, (struct sockaddr*)&client_addr, &addr_len);（new_fd即為新的連接套接字）。
總結：TCP 服務監聽的完整流程
- 創建套接字（
socket()）→ 2. 綁定地址和端口（bind()）→ 3. 設置監聽（listen()）→ 4. 接受連接（accept()）。
服務端與客戶端通信（3握手4揮手）
TCP 通信遵循 "三次握手建立連接、數據傳輸、四次揮手斷開連接" 的經典模式，這種模式確保了通信的可靠性和有序性。
1. 連接建立：三次握手
TCP 是面向連接的協議，在進行實際數據傳輸前，通信雙方必須先建立連接，這個過程被形象地稱為 "三次握手"（Three-way Handshake）。
- 第一次握手：客戶端發送 SYN（同步序列編號）報文段，告知服務器客戶端的初始序列號（ISN），并請求建立連接。
- 第二次次握手：服務器收到 SYN 后，返回一個 SYN+ACK（確認）報文段，包含服務器的初始序列號，并確認收到客戶端的 SYN（ACK 值 = 客戶端 ISN+1）。
- 第三次握手：客戶端收到服務器的 SYN+ACK 后，發送一個 ACK 報文段，確認收到服務器的 SYN（ACK 值 = 服務器 ISN+1）。
三次握手完成后，TCP 連接正式建立，雙方可以開始數據傳輸。這種設計有效防止了因網絡延遲導致的 "已失效的連接請求報文段" 被服務器接收，從而避免資源浪費。
2. 數據傳輸階段
連接建立后，進入數據傳輸階段。TCP 通過以下機制保證數據傳輸的可靠性：
- 序列號與確認機制：每個數據字節都有一個序列號，接收方收到數據后會返回確認信息，告知發送方已成功接收的數據量。
- 超時重傳：發送方設置超時計時器，若在規定時間內未收到確認，則重傳數據。
- 流量控制：通過滑動窗口機制，控制發送方的發送速率，避免接收方緩沖區溢出。
- 擁塞控制：檢測網絡擁塞狀態并調整發送速率，避免網絡過載。
3. 連接終止：四次揮手
當通信結束需要斷開連接時，TCP 使用 "四次揮手"（Four-way Wavehand）過程：
- 第一次揮手：主動關閉方發送 FIN（結束）報文段，告知對方要關閉連接。
- 第二次揮手：被動關閉方收到 FIN 后，返回 ACK 確認，此時主動關閉方到被動關閉方的連接半關閉。
- 第三次揮手：被動關閉方準備好關閉連接后，也發送一個 FIN 報文段。
- 第四次揮手：主動關閉方收到 FIN 后，返回 ACK 確認，被動關閉方到主動關閉方的連接也半關閉。等待一段時間確保確認報文送達后，連接完全關閉。
四次揮手的設計是因為 TCP 連接是全雙工的，允許雙方獨立關閉各自的發送通道。
服務端的全流程
1. 調用 socket 函數創建 socket（監聽socket）
2. 調用 bind 函數 將 socket綁定到某個ip和端口的二元組上
3. 調用 listen 函數 開啟偵聽
4. 當有客戶端請求連接上來后，調用 accept 函數接受連接，產生一個新的 socket（客戶端 socket）
5. 基于新產生的 socket 調用 send 或 recv 函數開始與客戶端進行數據交流
6. 通信結束后，調用 close 函數關閉監聽?socket
1. 三次握手（建立連接）發生在第 4 步：accept()?函數執行期間
- 當服務器調用?
listen()?后，進入 “監聽” 狀態，內核會維護兩個隊列：- 未完成連接隊列：客戶端已發送 SYN 但三次握手未完成的請求。
- 已完成連接隊列：三次握手已完成、等待服務器處理的連接。
- 當客戶端調用?
connect()?發起連接時，內核會自動完成三次握手：- 客戶端發送 SYN → 服務器內核接收并放入未完成隊列，返回 SYN+ACK（第二次握手）。
- 客戶端返回 ACK（第三次握手）→ 服務器內核將連接從 “未完成隊列” 移至 “已完成隊列”。
- 此時服務器調用?
accept()?函數，只是從 “已完成隊列” 中取出一個已建立的連接，并創建新的客戶端 socket。三次握手的整個過程由內核在?listen()?之后、accept()?返回之前自動完成，應用程序無需干預。
2. 四次揮手（斷開連接）發生在數據傳輸結束后，由?close()?函數觸發
- 當通信雙方（客戶端或服務器）決定結束連接時，調用?
close()?函數會觸發內核執行四次揮手：- 主動關閉方調用?
close()?→ 內核發送 FIN 報文（第一次揮手）。 - 被動關閉方收到 FIN 后，內核自動返回 ACK（第二次揮手），此時主動關閉方向被動關閉方的連接 “半關閉”。
- 被動關閉方處理完剩余數據后，調用?
close()?→ 內核發送 FIN 報文（第三次揮手）。 - 主動關閉方收到 FIN 后，內核自動返回 ACK（第四次揮手），等待超時后連接完全關閉。
- 主動關閉方調用?
- 注意：通常服務器會先關閉 “客戶端 socket”（與單個客戶端的連接），最后再關閉 “監聽 socket”（停止接受新連接）。四次揮手由內核在?
close()?調用后自動完成，應用程序只需調用?close()?觸發這個過程。
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