建立TCP连接的过程
三路握手
TCP用三路握手（three-way handshake）过程创建一个连接。在连接创建过程中，很多参数要被初始化，例如序号被初始化以保证按序传输和连接的强壮性。
一对终端同时初始化一个它们之间的连接是可能的。但通常是由一端打开一个套接字（socket）然后监听来自另一方的连接，这就是通常所指的被动打开（passive open）。服务器端被被动打开以后，用户端就能开始创建主动打开（active open）。
- 客户端通过向服务器端发送一个
SYN来创建一个主动打开，作为三路握手的一部分。客户端把这段连接的序号设定为随机数 A。 - 服务器端应当为一个合法的
SYN回送一个SYN/ACK。ACK的确认码应为 A+1，SYN/ACK包本身又有一个随机序号 B。 - 最后，客户端再发送一个
ACK。当服务端受到这个ACK的时候，就完成了三路握手，并进入了连接创建状态。此时包序号被设定为收到的确认号 A+1，而响应则为 B+1。
TCP传输的过程
序列号和确认
在TCP的连接创建状态，两个主机的TCP层间要交换初始序号（ISN:initial sequence number）。这些序号用于标识字节流中的数据，并且还是对应用层的数据字节进行记数的整数。
通常在每个TCP报文段中都有一对序号和确认号。TCP报文发送者认为自己的字节编号为序号，而认为接收者的字节编号为确认号。
TCP报文的接收者为了确保可靠性，在接收到一定数量的连续字节流后才发送确认。这是对TCP的一种扩展，通常称为选择确认（Selective Acknowledgement）。选择确认使得TCP接收者可以对乱序到达的数据块进行确认。每一个字节传输过后，ISN号都会递增1。
通过使用序号和确认号，TCP层可以把收到的报文段中的字节按正确的顺序交付给应用层。序号是32位的无符号数，在它增大到232-1时，便会回绕到0。对于ISN的选择是TCP中关键的一个操作，它可以确保强壮性和安全性。
数据传输实例
打开Wireshark抓包，然后浏览器输入 http://www.liuhe.website，等加载完毕停止抓包。
找到
这条HTTP请求，然后Follow TCP stream，得到如图所示界面： 
前面三条TCP报文是三路握手建立TCP连接的过程，紧接着客户端发送第一个包含序列号1和766字节数据的报文给服务器。 
服务器接收到TCP报文之后返回一条确认报文，该报文内只有报头，没有数据，用确认号767来表示已完全收到。如图所示： 
然后服务器继续发送HTTP响应，TCP报文包含序列号1和201字节数据，如下图所示： 
客户端以一个没有数据的TCP报文段来回复（只含报头），用确认号202来表示已完全收到并请求下一个报文段。 
就这样一直继续下去直到数据传输完毕。
然而当这些数据包都是相连的情况下，接收方没有必要每一次都回应。比如，他收到第1到5条TCP报文段，只需回应第五条就行了。如果第3条TCP报文段被丢失了，尽管他收到了第4和5条，然而他只能回应第2条。 发送方在发送了第三条以后，没能收到回应，因此当时钟（timer）过时（expire）时，他重发第三条。（每次发送者发送一条TCP报文段后，都会再次启动一次时钟：RTT）。 
结束连接
连接终止使用了四路握手过程（four-way handshake），在这个过程中每个终端的连接都能独立地被终止。因此，一个典型的拆接过程需要每个终端都提供一对FIN和ACK。
不过我在抓包时发现关闭连接时是服务器发送了ACK和FIN，然后客户端返回ACK确认关闭，可能是客户端第一个发出来的FIN没抓到还是怎么回事不太清楚。 
##与Unix sock文件的区别
Unix domain socket 或者 IPC socket是一种终端，可以使同一台操作系统上的两个或多个进程进行数据通信。与Internet socket不同的是，它不需要经过网络协议栈，不需要打包拆包、计算校验和、维护序号和应答等，只是将应用层数据从一个进程拷贝到另一个进程。
Unix domain sockets 使用系统文件的地址来作为自己的身份。它可以被系统进程引用。所以两个进程可以同时打开一个Unix domain sockets来进行通信。不过这种通信方式是发生在系统内核里而不会在网络里传播。
TCP数据传输不同于UDP之处
- 有序数据传输
- 重发丢失的数据包
- 舍弃重复的数据包
- 无错误数据传输
- 阻塞/流量控制
- 面向连接（确认有创建三方交握，连接已创建才作传输。）
tcp连接的各种状态
下面为 TCP 状态码列表，以 S 指代服务器，C 指代客户端，S&C 表示两者，S/C 表示两者之一：[1]
- LISTEN S 等待从任意远程 TCP 端口的连接请求。侦听状态。
- SYN-SENT C 在发送连接请求后等待匹配的连接请求。通过
connect()函数向服务器发出一个同步（SYNC）信号后进入此状态。 - SYN-RECEIVED S 已经收到并发送同步（SYNC）信号之后等待确认（ACK）请求。
- ESTABLISHED S&C 连接已经打开，收到的数据可以发送给用户。数据传输步骤的正常情况。此时连接两端是平等的。
- FIN-WAIT-1 S&C 主动关闭端调用
close()函数发出FIN请求包，表示本方的数据发送全部结束，等待TCP连接另一端的确认包或FIN请求包。 - FIN-WAIT-2 S&C 主动关闭端在FIN-WAIT-1状态下收到确认包，进入等待远程 TCP 的连接终止请求的半关闭状态。这时可以接收数据，但不再发送数据。
- CLOSE-WAIT S&C 被动关闭端接到FIN后，就发出ACK以回应FIN请求，并进入等待本地用户的连接终止请求的半关闭状态。这时可以发送数据，但不再接收数据。
- CLOSING S&C 在发出FIN后，又收到对方发来的FIN后，进入等待对方对连接终止（FIN）的确认（ACK）的状态。少见。
- LAST-ACK S&C 被动关闭端全部数据发送完成之后，向主动关闭端发送FIN，进入等待确认包的状态。
- TIME-WAIT S/C 主动关闭端接收到FIN后，就发送ACK包，等待足够时间以确保被动关闭端收到了终止请求的确认包。【按照 RFC 793，一个连接可以在 TIME-WAIT 保证最大四分钟，即最大分段寿命（maximum segment lifetime）的2倍】
- CLOSED S&C 完全没有连接。
TCP状态转换图解 
上图描述了 TCP 的11种状态的转换关系。 * 图中的圆角矩形表示状态，箭头表示状态之间的转换。 * 图中用粗线表示客户端主动和被动的服务器端建立连接的正常过程： * 客户端的状态变迁用粗实线 * 服务器端的状态变迁用粗虚线 * 细线用于不常见的序列，如复位、同时打开、同时关闭等。 * 图中的每条状态变换线上均标有“事件／动作”： * 事件是指用户执行了系统调用（ CONNECT 、 LISTEN 、 SEND 或 CLOSE ）、收到一个报文段（ SYN 、 FIN 、 ACK 或 RST ）、或者是出现了超过两倍最大的分组生命期的情况； * 动作是指发送一个报文段（ SYN 、 FIN 或 ACK ）或什么也没有（用“－”表示）。
粗实线表示客户的正常路径；粗虚线表示服务器的正常路径；细线表示不常见的事件。每个连接均开始于 CLOSED 状态。当一方执行了被动的连接原语（ LISTEN ）或主动的连接原语（ CONNECT ）时，它便会脱离 CLOSED 状态。如果此时另一方执行了相对应的连接原语，连接便建立了，并且状态变为 ESTABLISHED 。任何一方均可以首先请求释放连接，当连接被释放后，状态又回到了 CLOSED 。
正常状态转换过程
- 服务器端首先执行 LISTEN 原语进入被动打开状态（ LISTEN ），等待客户端连接；
- 当客户端的一个应用程序发出 CONNECT 命令后，本地的 TCP 实体为其创建一个连接记录并标记为 SYN SENT 状态，然后给服务器发送一个 SYN 报文段；
- 服务器收到一个 SYN 报文段，其 TCP 实体给客户端发送确认 ACK 报文段同时发送一个 SYN 信号，进入 SYN RCVD 状态；
- 客户端收到 SYN + ACK 报文段，其 TCP 实体给服务器端发送出三次握手的最后一个 ACK 报文段，并转换为 ESTABLISHED 状态；
- 服务器端收到确认的 ACK 报文段，完成了三次握手，于是也进入 ESTABLISHED 状态。 在此状态下，双方可以自由传输数据。当一个应用程序完成数据传输任务后，它需要关闭 TCP 连接。假设仍由客户端发起主动关闭连接。
- 客户端执行 CLOSE 原语，本地的 TCP 实体发送一个 FIN 报文段并等待响应的确认（进入状态 FIN WAIT 1 ）；
- 服务器收到一个 FIN 报文段，它确认客户端的请求发回一个 ACK 报文段，进入 CLOSE WAIT 状态；
- 客户端收到确认 ACK 报文段，就转移到 FIN WAIT 2 状态，此时连接在一个方向上就断开了；
- 服务器端应用得到通告后，也执行 CLOSE 原语关闭另一个方向的连接，其本地 TCP 实体向客户端发送一个 FIN 报文段，并进入 LAST ACK 状态，等待最后一个 ACK 确认报文段；
- 客户端收到 FIN 报文段并确认，进入 TIMED WAIT 状态，此时双方连接均已经断开，但 TCP 要等待一个 2 倍报文段最大生存时间 MSL （ Maximum Segment Lifetime ），确保该连接的所有分组全部消失，以防止出现确认丢失的情况。当定时器超时后， TCP 删除该连接记录，返回到初始状态（ CLOSED ）。
- 服务器收到最后一个确认 ACK 报文段，其 TCP 实体便释放该连接，并删除连接记录，返回到初始状态（ CLOSED ）。
关于操作系统怎么维护内核还为找到相关资料
实践部分
抓包
关于Wireshark抓包详见这里
Socket 服务器
用python写的简单Socket服务器，实现了如下功能： 1
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14绑定一个本地端口
在浏览器中访问http://localhost:<your_port>/hello
显示一个hello world
在浏览器中访问http://localhost:<your_port>/info?name=xxx&age=xxx
显示hello, I'm <name_in_the_url> and xxx years old.
通过postman表单提交http://localhost:<your_port>/form
数据
username=xxx
password=xxx
可以简单的存储，也可以不存储
直接在网页上显示出来
I'm <username_posted> and my password is <password_posted>
主要代码如下： 1
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99class SimpleSocketServer:
def __init__(self, addr, bufsize):
self.s = socket(AF_INET, SOCK_STREAM) # 网络通信, TCP
self.s.bind(addr) # 绑定的IP与端口
self.s.listen(5) # 开始TCP监听, 并指定最多允许多少个客户连接到服务器
self.GET = {} # 存储GET的参数
self.POST = {} # 存储POST的参数
self.bufsize = bufsize
def __del__(self):
self.s.close()
def listen(self):
while True:
self.GET = {} # 初始化为空字典
self.POST = {}
print 'Waiting for connection...'
conn, addr = self.s.accept() # 接受TCP连接，并返回新的套接字与IP地址
print 'Connected by ', addr # 输出客户端的IP地址
data = conn.recv(self.bufsize) # 接收数据
self.response(data, conn)
conn.close()
def response(self, data, conn):
print data
if self.isGET(data): # 判断方法是GET还是POST
str = self.what(data, 'GET') # 获取HTTP请求路径
if str == 'hello':
conn.send('Hello World!')
elif str == 'info':
if not 'name' in self.GET or not 'age' in self.GET:
conn.send('What the fuck !') # 错误信息
else:
conn.send("hello, I'm " + self.GET['name'] + " and "
+ self.GET['age'] + " years old.")
elif self.isPOST(data):
str = self.what(data, 'POST')
if str == 'form':
if not 'username' in self.POST or not 'password' in self.POST:
conn.send('What the fuck !')
else:
conn.send("I'm " + self.POST['username'] + " and my password is " + self.POST['password'] + ".")
def what(self, data, method='GET'):
'''
解析HTTP请求路径和参数，返回路径，参数存在GET或POST字典里
'''
i = 0
# find '/'
while i < len(data):
if data[i] == '/':
break
i += 1
str = ''
i = i + 1
while i < len(data) and data[i] != ' ' and data[i] != '?':
str += data[i]
i += 1
if(data[i] == '?'):
i += 1
while i < len(data) and data[i] != ' ':
key = ''
value = ''
# get key
while i < len(data) and data[i] != ' ' and data[i] != '=':
key += data[i]
i += 1
if data[i] != '=':
break
i += 1
# get value
while i < len(data) and data[i] != ' ' and data[i] != '&':
value += data[i]
i += 1
if value:
self.GET[key] = value
if method == 'POST':
self.POST[key] = value
if data[i] == '&':
i += 1
return str
def isGET(self, data):
'''
判断是否为GET请求
'''
if data[0] == 'G' and data[1] == 'E' and data[2] == 'T':
return True
else:
return False
def isPOST(self, data):
'''
判断是否为POST请求
'''
if data[0] == 'P' and data[1] == 'O':
return True
else:
return False