一次http请求之旅系列---建立TCP连接

1. 建立TCP连接

1.1 TCP 服务端与客户端

web服务的本质，是一个TCP server，浏览器则是一个TCP client。图3中黄色的部分就是建立TCP连接，只有先建立连接，浏览器才能通过这个连接发送http请求。你可能注意到，我直接越过了DNS解析，直接讲解第2部分内容，这是因为必须先理解TCP连接，才能理解DNS解析。

下面的代码是一份TCP 服务端的示例

import socket

# 指定协议
server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# 让端口可以重复使用
server.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
# 绑定ip和端口
server.bind(('0.0.0.0', 8080))
# 监听
server.listen(1)
# 等待消息
clientsocket, address = server.accept()
# 接收消息
data = clientsocket.recv(1024)
# 关闭socket
clientsocket.close()
server.close()

客户端代码的编写也十分容易

import socket
import time


host = '127.0.0.1'
port = 8081
addr = (host, port)
client = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
# 连接server
client.connect(addr)
# 向server发送数据
client.send(b'I am client')
# 接收server返回的数据
revcdata = client.recv(1024)
# 收到的数据都是bytes类型
print(revcdata.decode(encoding='utf-8'))
time.sleep(1)
client.close()

建立TCP的过程，有一个重要的概念---3次握手。这个问题经常在面试中被用来考察应聘者对于socket的了解程度。

1.2 什么是TCP3次握手

客户端与服务端在建立正是的连接之前，要互相试探着询问对方是否愿意与自己建立连接

上面所画的，阐述的是一种十分简单的理解，只是对功能进行了描述，并没有从技术层面上解答何为tcp3次握手，而想要从技术层面上做出解释，则必须先了解TCP头结构

下图是TCP头结构，客户端与服务端发送数据时，必须准守TCP/IP协议，按照指定的格式发送数据，TCP的头结构携带了许多关键信息，比如源端口号与目的端口号

注意看上图中，中间白色的那一块区域，找到SYN和ACK，这两个各站1个bit位，是3次握手的关键：

客户端向服务端发送syn包，所谓的syn包，是指SYN为1
服务端收到syn包以后，发送syn+ack包，这时，SYN和ACK都是1
客户端向服务端发送ACK包，ACK标识位是1

这便是TCP建立连接时的3次握手

1.3 为什么是3次握手，而不是2次

看上去，似乎两次握手就可以了，服务端在收到SYN包后回复ACK确认可以建立连接不就行了么，为何非要让服务端也发SYN，客户端再回ACK呢？

之所要求3次握手，是为了防止已经失效的SYN包意外的到达服务端，造成双方的不一致。

考虑这种情况，客户端向服务端发出了SYN包S1，可好巧不巧的是，S1由于网络阻塞或其他原因在网络中滞留，毕竟从客户端到服务器隔着十万八千里呢，中间是好多个交换机路由器等网络设备，网络也会堵车。发生网络堵车后，客户端以为S1丢包了，于是又发出一个SYN包S2，S2顺利的到达服务端，如果握手只需要两次，那么服务端回一个ACK就建立好连接了。

可别忘了网络中还有一个S1,S1并不知道客户端又发出了S2，它恪尽职守的穿越重重障碍，在S2之后到达服务端，如果这个时候S2所建立的连接还存在，那么服务端会无视S1，但如果S2所建立的连接已经断开了呢？服务端会以以为S1是一个新的连接请求，服务端回ACK，建立连接，客户端收到ACK后，就有点懵逼了，它完全不知道是怎么回事，也不知道该如何处理这个突然到达的ACK包，这样一来，两边都会浪费很多资源。

2次握手建立连接，会发生上述的意外，但是3次握手就不会，服务端与客户端都要发送SYN包并回复对方ACK包，只有这样才会建立连接，服务端在回复ACK的时候，顺带着把SYN设置为1，这样就免去了单独发送SYN包的步骤，3次握手即可建立连接。