TCP通信過程詳解

1. TCP連接

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)通信時(shí)采用TCP協(xié)議時(shí)，在真正的讀寫操作之前，server與client之間必須建立一個(gè)連接，當(dāng)讀寫操作完成后，雙方不再需要這個(gè)連接 時(shí)它們可以釋放這個(gè)連接，連接的建立是需要三次握手的，而釋放則需要4次揮手，所以說每個(gè)連接的建立都是需要資源消耗和時(shí)間消耗的

經(jīng)典的三次握手示意圖：

經(jīng)典的四次揮手圖：

tcp的十種狀態(tài)圖：

注意:

當(dāng)一端收到一個(gè)FIN，內(nèi)核讓read返回0來通知應(yīng)用層另一端已經(jīng)終止了向本端的數(shù)據(jù)傳送；發(fā)送FIN通常是應(yīng)用層對(duì)socket進(jìn)行關(guān)閉的結(jié)果。

tcp的2MSL問題

2. TCP短連接

我們模擬一下TCP短連接的情況，client向server發(fā)起連接請(qǐng)求，server接到請(qǐng)求，然后雙方建立連接。client向server 發(fā)送消息，server回應(yīng)client，然后一次讀寫就完成了，這時(shí)候雙方任何一個(gè)都可以發(fā)起close操作，不過一般都是client先發(fā)起 close操作。為什么呢，一般的server不會(huì)回復(fù)完client后立即關(guān)閉連接的，當(dāng)然不排除有特殊的情況。從上面的描述看，短連接一般只會(huì)在 client/server間傳遞一次讀寫操作

短連接的優(yōu)點(diǎn)是：管理起來比較簡單，存在的連接都是有用的連接，不需要額外的控制手段

3.TCP長連接

接下來我們?cè)倌M一下長連接的情況，client向server發(fā)起連接，server接受client連接，雙方建立連接。Client與server完成一次讀寫之后，它們之間的連接并不會(huì)主動(dòng)關(guān)閉，后續(xù)的讀寫操作會(huì)繼續(xù)使用這個(gè)連接。

首先說一下TCP/IP詳解上講到的TCP保活功能，?；罟δ苤饕獮榉?wù)器應(yīng)用提供，服務(wù)器應(yīng)用希望知道客戶主機(jī)是否崩潰，從而可以代表客戶使用資 源。如果客戶已經(jīng)消失，使得服務(wù)器上保留一個(gè)半開放的連接，而服務(wù)器又在等待來自客戶端的數(shù)據(jù)，則服務(wù)器將應(yīng)遠(yuǎn)等待客戶端的數(shù)據(jù)，?；罟δ芫褪窃噲D在服務(wù) 器端檢測到這種半開放的連接。

如果一個(gè)給定的連接在兩小時(shí)內(nèi)沒有任何的動(dòng)作，則服務(wù)器就向客戶發(fā)一個(gè)探測報(bào)文段，客戶主機(jī)必須處于以下4個(gè)狀態(tài)之一：

客戶主機(jī)依然正常運(yùn)行，并從服務(wù)器可達(dá)。客戶的TCP響應(yīng)正常，而服務(wù)器也知道對(duì)方是正常的，服務(wù)器在兩小時(shí)后將?；?a href="http://www.ttokpm.com/tags/定時(shí)器/" target="_blank">定時(shí)器復(fù)位?？蛻糁鳈C(jī)已經(jīng)崩潰，并且關(guān)閉或者正在重新啟動(dòng)。在任何一種情況下，客戶的TCP都沒有響應(yīng)。服務(wù)端將不能收到對(duì)探測的響應(yīng)，并在75秒后超時(shí)。服務(wù)器總共發(fā)送10個(gè)這樣的探測 ，每個(gè)間隔75秒。如果服務(wù)器沒有收到一個(gè)響應(yīng)，它就認(rèn)為客戶主機(jī)已經(jīng)關(guān)閉并終止連接?？蛻糁鳈C(jī)崩潰并已經(jīng)重新啟動(dòng)。服務(wù)器將收到一個(gè)對(duì)其?；钐綔y的響應(yīng)，這個(gè)響應(yīng)是一個(gè)復(fù)位，使得服務(wù)器終止這個(gè)連接?？蛻魴C(jī)正常運(yùn)行，但是服務(wù)器不可達(dá)，這種情況與2類似，TCP能發(fā)現(xiàn)的就是沒有收到探查的響應(yīng)。從上面可以看出，TCP保活功能主要為探測長連接的存活狀況，不過這里存在一個(gè)問題，存活功能的探測周期太長，還有就是它只是探測TCP連接的存活，屬于比較斯文的做法，遇到惡意的連接時(shí)，?；罟δ芫筒粔蚴沽恕?/p>

在長連接的應(yīng)用場景下，client端一般不會(huì)主動(dòng)關(guān)閉它們之間的連接，Client與server之間的連接如果一直不關(guān)閉的話，會(huì)存在一個(gè)問 題，隨著客戶端連接越來越多，server早晚有扛不住的時(shí)候，這時(shí)候server端需要采取一些策略，如關(guān)閉一些長時(shí)間沒有讀寫事件發(fā)生的連接，這樣可 以避免一些惡意連接導(dǎo)致server端服務(wù)受損；如果條件再允許就可以以客戶端機(jī)器為顆粒度，限制每個(gè)客戶端的最大長連接數(shù)，這樣可以完全避免某個(gè)蛋疼的 客戶端連累后端服務(wù)。

長連接和短連接的產(chǎn)生在于client和server采取的關(guān)閉策略，具體的應(yīng)用場景采用具體的策略，沒有十全十美的選擇，只有合適的選擇。

什么是“長連接”和“短連接”？

解釋1

所謂長連接指建立SOCKET連接后不管是否使用都保持連接，但安全性較差；

所謂短連接指建立SOCKET連接后發(fā)送后接收完數(shù)據(jù)后馬上斷開連接，一般銀行都使用短連接

解釋2

長連接就是指在基于tcp的通訊中，一直保持連接，不管當(dāng)前是否發(fā)送或者接收數(shù)據(jù)。

而短連接就是只有在有數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)候才進(jìn)行連接，客戶－服務(wù)器通信/傳輸數(shù)據(jù)完畢就關(guān)閉連接。

解釋3

長連接和短連接這個(gè)概念好像只有移動(dòng)的CMPP協(xié)議中提到了，其他的地方?jīng)]有看到過。通信方式 各網(wǎng)元之間共有兩種連接方式：長連接和短連接。所謂長連接，指在一個(gè)TCP連接上可以連續(xù)發(fā)送多個(gè)數(shù)據(jù)包，在TCP連接保持期間，如果沒有數(shù)據(jù)包發(fā)送，需要雙方發(fā)檢測包以維持此連接。短連接是指通信雙方有數(shù)據(jù)交互時(shí)，就建立一個(gè)TCP連接，數(shù)據(jù)發(fā)送完成后，則斷開此TCP連接，即每次TCP連接只完成一對(duì) CMPP消息的發(fā)送?，F(xiàn)階段，要求ISMG之間必須采用長連接的通信方式，建議SP與ISMG之間采用長連接的通信方式。

解釋4

短連接：比如http的，只是連接、請(qǐng)求、關(guān)閉，過程時(shí)間較短,服務(wù)器若是一段時(shí)間內(nèi)沒有收到請(qǐng)求即可關(guān)閉連接。長連接：有些服務(wù)需要長時(shí)間連接到服務(wù)器，比如CMPP，一般需要自己做在線維持。

HTTP協(xié)議之長、短連接

一、長連接與短連接：

長連接：client方與server方先建立連接，連接建立后不斷開，然后再進(jìn)行報(bào)文發(fā)送和接收。這種方式下由于通訊連接一直存在。此種方式常用于P2P通信。短連接：Client方與server每進(jìn)行一次報(bào)文收發(fā)交易時(shí)才進(jìn)行通訊連接，交易完畢后立即斷開連接。此方式常用于一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通訊。C/S通信。二、長連接與短連接的操作過程：

短連接的操作步驟是：建立連接——數(shù)據(jù)傳輸——關(guān)閉連接…建立連接——數(shù)據(jù)傳輸——關(guān)閉連接 長連接的操作步驟是：建立連接——數(shù)據(jù)傳輸…（保持連接）…數(shù)據(jù)傳輸——關(guān)閉連接 三、長連接與短連接的使用時(shí)機(jī)：

長連接：長連接多用于操作頻繁，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通訊，而且連接數(shù)不能太多的情況。每個(gè)TCP連接的建立都需要三次握手，每個(gè)TCP連接的斷開要四次握手。如果每次操作都要建立連接然后再操作的話處理速度會(huì)降低，所以每次操作后，下次操作時(shí)直接發(fā)送數(shù)據(jù)就可以了，不用再建立TCP連接。例如：數(shù)據(jù)庫的連接用長連接，如果用短連接頻繁的通信會(huì)造成socket錯(cuò)誤，頻繁的socket創(chuàng)建也是對(duì)資源的浪費(fèi)。短連接：web網(wǎng)站的http服務(wù)一般都用短連接。因?yàn)殚L連接對(duì)于服務(wù)器來說要耗費(fèi)一定的資源。像web網(wǎng)站這么頻繁的成千上萬甚至上億客戶端的連接用短連接更省一些資源。試想如果都用長連接，而且同時(shí)用成千上萬的用戶，每個(gè)用戶都占有一個(gè)連接的話，可想而知服務(wù)器的壓力有多大。所以并發(fā)量大，但是每個(gè)用戶又不需頻繁操作的情況下需要短連接?？傊洪L連接和短連接的選擇要根據(jù)需求而定。四、發(fā)送接收方式：

1、異步：報(bào)文發(fā)送和接收是分開的，相互獨(dú)立，互不影響的。這種方式又分兩種情況：異步雙工：接收和發(fā)送在同一個(gè)程序中，有兩個(gè)不同的子進(jìn)程分別負(fù)責(zé)發(fā)送和接送。異步單工：接送和發(fā)送使用兩個(gè)不同的程序來完成。2、同步：報(bào)文發(fā)送和接收是同步進(jìn)行，即報(bào)文發(fā)送后等待接送返回報(bào)文。同步方式一般需要考慮超時(shí)問題，試想我們發(fā)送報(bào)文以后也不能無限等待啊，所以我們要設(shè)定一個(gè)等待 時(shí)候。超過等待時(shí)間發(fā)送方不再等待讀返回報(bào)文。直接通知超時(shí)返回。五、報(bào)文格式：

通信報(bào)文格式多樣性更多，相應(yīng)地就必須設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的讀寫報(bào)文的接收和發(fā)送報(bào)文函數(shù)。阻塞與非阻塞方式

1、非阻塞方式：讀函數(shù)不停的進(jìn)行讀動(dòng)作，如果沒有報(bào)文接收到，等待一段時(shí)間后超時(shí)返回，這種情況一般需要指定超時(shí)時(shí)間。2、阻塞方式：如果沒有接收到報(bào)文，則讀函數(shù)一直處于等待狀態(tài)，知道報(bào)文到達(dá)。循環(huán)讀寫方式

1、一次直接讀寫報(bào)文：在一次接收或發(fā)送報(bào)文動(dòng)作中一次性不加分別地全部讀取或全部發(fā)送報(bào)文字節(jié)。2、不指定長度循環(huán)讀寫：這一版發(fā)生在短連接進(jìn)程中，受網(wǎng)絡(luò)路由等限制，一次較長的報(bào)文可能在網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中被分解成很多個(gè)包，一次讀取可能不能全部讀完一次報(bào)文，這就需要循環(huán)讀取報(bào)文，直到讀完為止。3、帶長度報(bào)文頭循環(huán)讀寫：這種情況一般在長連接中，由于在長連接中沒有條件能夠判斷循環(huán)讀寫什么時(shí)候結(jié)束。必須要加長度報(bào)文頭。讀函數(shù)先是讀取報(bào)文頭的長度，再根據(jù)這個(gè)長度去讀報(bào)文，實(shí)際情況中，報(bào)頭碼制格式還經(jīng)常不一樣，如果是非ASCII的報(bào)文頭，還必須轉(zhuǎn)換成ASCII常見的報(bào)文頭編制有：1、n個(gè)字節(jié)的ASCII碼。2、n個(gè)字節(jié)的BCD碼。3、n個(gè)字節(jié)的網(wǎng)絡(luò)整型碼。以上是幾種比較典型的讀寫報(bào)文方式，可以與通信方式模板一起預(yù)先提供一些典型的API讀寫函數(shù)。當(dāng)然在實(shí)際問題中，可能還必須編寫與對(duì)方報(bào)文格式配套的讀寫API. 在實(shí)際情況中，往往需要把我們自己的系統(tǒng)與別人的系統(tǒng)進(jìn)行連接， 有了以上模板與API,可以說連接任何方式的通信程序都不存在問題。

什么時(shí)候用長連接，短連接？

長連接多用于操作頻繁，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通訊，而且連接數(shù)不能太多情況，。每個(gè)TCP連接都需要三步握手，這需要時(shí)間，如果每個(gè)操作都是先連接，再操作的話那么處理速度會(huì)降低很多，所以每個(gè)操作完后都不斷開，次處理時(shí)直接發(fā)送數(shù)據(jù)包就OK了，不用建立TCP連接。例如：數(shù)據(jù)庫的連接用長連接， 如果用短連接頻繁的通信會(huì)造成socket錯(cuò)誤，而且頻繁的socket 創(chuàng)建也是對(duì)資源的浪費(fèi)。

而像WEB網(wǎng)站的http服務(wù)一般都用短鏈接，因?yàn)殚L連接對(duì)于服務(wù)端來說會(huì)耗費(fèi)一定的資源，而像WEB網(wǎng)站這么頻繁的成千上萬甚至上億客戶端的 連接用短連接會(huì)更省一些資源，如果用長連接，而且同時(shí)有成千上萬的用戶，如果每個(gè)用戶都占用一個(gè)連接的話，那可想而知吧。所以并發(fā)量大，但每個(gè)用戶無需頻 繁操作情況下需用短連好?？傊?，長連接和短連接的選擇要視情況而定。