先来结论：

  • 监听套接字的socket buffer只接受TCP连接请求过程中的syn和ack数据；
  • 已连接套接字的socket buffer主要存储的内容是两端传输的“正式数据”；
  • 两种套接字通过不同的四元组（其中客户端地址或端口不同）进行分辨

服务端连接过程详解

  1. /* 服务器 */
  2. lfd=socket(..,SOCK_STREAM,..);
  3. bind(lfd,srv_addr,srv_port);
  4. /* 五元组中三元组成型： {protocal,src_addr,src_port}*/
  5. listen(lfd);
  6. cfd=accept(lfd,client_addr,client_port);   /* 生成已连接套接字 */
  7. /* 五元组成型： {protocal,src_addr,src_port,client_addr,client_port} */
  10. /* 客户端 */
  11. lfd=socket(..,SOCK_STREAM,..);
  12. bind(lfd,srv_addr,srv_port);
  13. connect(srv_addr,srv_port);
  14. /* 五元组成型： {protocal,src_addr,src_port,client_addr,client_port} */
  15. /* 发送数据 */

socket

操作系统会创建一个由文件系统管理的socket对象， 包含发送缓冲区、接收缓冲区和等待队列等成员。此时还未绑定端口号和ip地址。

bind

给指定socket对象绑定“addr:port”，形成三元组
{protocal,src_addr,src_port}

listen

主要流程及数据结构

该函数用于监控监听描述符状态，监听描述符五元组如下
{protocal,src_addr,src_port,*,*}，此处*代表通配符；
监听套接字与已连接套接字的区别 - 图1
listen维护了两个队列：连接未完成队列syn_queue（未完成三次握手）、连接已完成队列accept_queue（完成三次握手）
当某一客户端发SYN请求报文时，服务器回复SYN+ACK报文后，将该TCP连接置于未完成队列尾部，直到收到客户端发来的ACK，才将其移入accept_queue;
在accept_queue中的连接等待accept函数来消费。

注意事项

listen函数的backlog参数，用于设置accept_queue的最大长度。但其长度也被/proc/sys/net/core/somaxconn（128）硬限制，即len(accept_queue)=min(backlog,somaxconn);

  • 当accept_queue满时，内核停止接受新请求，并停止将syn_queue的对象移入accept_queue

/proc/sys/net/ipv4/tcp``_max_syn_backlog :用于设置sys_queue的最大长度

  • 当syn_queue满时，监听者阻塞不再接受新请求

    syn flood问题

    客户端调用connect()时伪造源地址，频繁发送SYN请求，导致服务器无法收到第三次握手（由于源地址伪造原因，服务器发送的SYN+ACK无法递达客户端）

由于无法收到客户端回应的ACK，超时时间唤醒后，服务器会再次发送SYN+ACK回应（服务器将数据拷入SEND_BUFFER，继而通过DMA拷入网卡【拷入网卡为异步IO】）。
若客户端发送数以万计的类似请求，会造成监听者崩溃，网卡阻塞。

解决方案：

  1. 缩小listen()维护的两个队列大小，减少重发ack+syn的次数
  2. 增大重发时间间隔
  3. 减少收到ACK的等待超时时间

    accept

    读取accept_queue中的第一项，并对此项生成一个用于后续连接的套接字描述符

当监听者发起accept系统调用时，若accept_queue为空，则监听者被阻塞。
若将套接字设置为非阻塞模式，accept会在得不到数据时返回EWOULDBLOCK或EAGAIN错误。

同步连接与异步连接

通俗的来说，同步链接即一个进程/线程处理一个连接。 异步连接即一个线程/进程处理多个连接。

同步连接

从监听到某个客户端发起SYN请求后直到连接关闭之前，中间不会接受其他客户端连接请求
通常以同步连接方式处理请求时，监听者工作者常为同一个进程/线程

异步连接

异步连接则可以在建立连接和数据交互的任何一个阶段接收、处理其他连接请求。通常，监听者和工作者不是同一个进程时使用异步连接的方式。

TCP连接和套接字的关系

每个TCP连接的两端会关联如下信息：

  • 一个套接字
  • 与套接字绑定的文件描述符fd

我们通过分析服务器建立连接的流程来分析两者之间的关系；

  • accept之前

客户端与服务器“三次握手”完成后，新生成的tcp连接会存入accept_queue中，等待accept消费；此时该tcp连接，在服务端绑定的信息为：监听套接字，即与该套接字对应的**listen_fd**

  • accept之后

服务端创建了一个新的套接字，及其对应的描述符conn_fd，该tcp连接重新与新套接字建立连接；
经过**accept**后，这个tcp连接已与监听套接字无关。
监听套接字与已连接套接字的区别 - 图2
故由上可知，在accept之前便已经存在tcp通信了，只不过listen仅处理三次握手涉及的数据。若客户端与服务器之间需要传输数据，还需要通过accept创建新套接字。

close与shutdown区别

简单来说，close对文件描述符引用计数减一，不一定会关闭文件描述符； shutdown则直接掐断该文件描述符所有连接，从而引发四次挥手过程

shutdown可指定三种关闭方式：

  1. 关闭写。此时将无法向send buffer中再写数据，send buffer中已有的数据会一直发送直到完毕。
  2. 关闭读。此时将无法从recv buffer中再读数据，recv buffer中已有的数据只能被丢弃。
  3. 关闭读和写。此时无法读、无法写，send buffer中已有的数据会发送直到完毕，但recv buffer中已有的数据将被丢弃。

无论是shutdown()还是close()，每次调用它们，在真正进入四次挥手的过程中，它们都会发送一个FIN。

总结

监听进程调用listen，仅处理三次握手涉及的数据；三次握手成功后，调用accept创建新的套接字及对应的描述符，该tcp连接服务端关联的套接字由监听套接字转向已连接套接字，开始数据传输等工作。
即监听套接字与已连接套接字，在不同时段，共享过同一个TCP连接，以处理TCP连接中的不同工作。