TCP 基本认识

TCP 是 面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。

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 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
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|          Source Port          |       Destination Port        |
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|                        Sequence Number                        |
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|                    Acknowledgment Number                      |
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|  Data |           |U|A|P|R|S|F|                               |
| Offset| Reserved  |R|C|S|S|Y|I|            Window             |
|       |           |G|K|H|T|N|N|                               |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|           Checksum            |         Urgent Pointer        |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                    Options                    |    Padding    |
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|                             data                              |
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源端口(Source Port)

源端口，16 位

目标端口(Destination Port)

目标端口，16 位

序列号 (Sequence Number)

TCP 是面向字节流的协议，通过 TCP 传输的字节流的每个字节都分配了序列号，序列号（Sequence number）指的是本报文段第一个字节的序列号。

序列号加上报文的长度，就可以确定传输的是哪一段数据。序列号是一个 32 位的无符号整数，达到 2^32-1 后循环到 0。

在 SYN 报文中，序列号用于交换彼此的初始序列号，在其它报文中，序列号用于保证包的顺序。

因为网络层（IP 层）不保证包的顺序，TCP 协议利用序列号来解决网络包乱序、重复的问题，以保证数据包以正确的顺序组装传递给上层应用。

初始序列号 （Initial Sequence Number, ISN）

在建立连接之初，通信双方都会各自选择一个序列号，称之为初始序列号。在建立连接时，通信双方通过 SYN 报文交换彼此的 ISN

序列号回绕

确认号 (Acknowledgment Number)

TCP 使用确认号（Acknowledgment number, ACK）来告知对方下一个期望接收的序列号，小于此确认号的所有字节都已经收到

头部长度 (Data Offset ):

只有 4 位, 取值范围 0~15, 表示 TCP头长度为 32位(4字节)的数量。TCP 头（甚至包括选项）的长度是 32 位的整数倍。例如 DOffset的值为 0111, 则该TCP包头的长度为 7 * 4 = 28

TCP Flags

• SYN（Synchronize）：用于发起连接数据包同步双方的初始序列号
• ACK（Acknowledge）：确认数据包
• RST（Reset）：这个标记用来强制断开连接，通常是之前建立的连接已经不在了、包不合法、或者实在无能为力处理
• FIN（Finish）：通知对方我发完了所有数据，准备断开连接，后面我不会再发数据包给你了。
• PSH（Push）：告知对方这些数据包收到以后应该马上交给上层应用，不能缓存起来

窗口大小 (Window Size)

窗口大小字段是接收方用来控制发送方数据流量的机制。它表示接收方当前允许发送方发送但尚未确认的数据字节数。通过动态调整窗口大小，TCP 可以有效地进行流量控制，防止发送方数据发送过快导致接收方缓存溢出。

TCP 协议窗口大小只有 16 位，最大窗口大小为 65535 字节(64KB), 在今天显然不够用，所以 TCP 协议引入了 TCP 窗口缩放 选项，作为窗口缩放的比例因子，比利因子的值在 0～14，其中 0 表示不缩放，最大值为 14。比例因子可以将窗口扩大到原来的 2 的 n 次方，比如窗口大小缩放前为 1050，缩放因子为 7，则真正的窗口大小为 1050 * 128 = 134400

窗口缩放选项

由于窗口大小字段只有 16 位，最大值为 65535 字节，这对于高带宽-延迟产品 (BDP) 的网络可能不够。为了解决这个问题，TCP 窗口缩放选项 (Window Scale Option) 被引入，用于扩展窗口大小的范围。

窗口缩放选项在 TCP 连接建立时通过 SYN 包交换协商。窗口缩放因子 (Window Scale Factor) 表示允许窗口大小值左移的位数，从而有效地扩展窗口大小的范围。

计算实际窗口大小

实际的窗口大小计算如下：

$$Actual Window Size = Window Size \times 2 ^{Window Scale Factor}$$

示例（带窗口缩放）

假设窗口大小字段的值是 8192（十进制），窗口缩放因子是 3：

$Actual Window Size = 8192 \times 2 ^ 3 = 8192 \times 8 = 65536 $ bytes

这表示接收方可以接受最多 65536 字节的未确认数据。

可选项 (Options)

只有 (DOffset > 5) 才有此数据,

可选项的格式：

• 一个字节的 Kind

  • No-Operation: 无操作。

• 一个字节的 Kind, 一个字节的 option-length，和真实的 option data

  • MSS：最大段大小选项，是 TCP 允许的从对方接收的最大报文段
  • SACK：选择确认选项
  • Window Scale：窗口缩放选项
    阅读全文 »

SO_REUSEADDR

• TCP 服务器能够在杀掉或崩溃后快速重启
• 也适用 fork-per-connection 服务器模型。

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int optval = 1;
setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &optval, sizeof(optval));

忽略 SIGPIPE

程序向对方已经关闭的管道，写数据，会收到 SIGPIPE 信号。write 系统调用返回 -1收到 errono EPIPE。 SIGPIPE 信号默认行为终止进程。我们应该忽略 SIGPIPE 信号。

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if (signal(SIGPIPE, SIG_IGN) == SIG_ERR) {
    return 1;
}

1. socket地址结构

sockaddr_in

ipv4 协议的地址结构是 sockaddr_in，ipv6 的地址结构是sockaddr_in6。

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#include <arpa/inet.h>
//#include<netinet/in.h>

struct sockaddr_in
{
    sa_family_t     sin_family;
    in_port_t       sin_port;	    /* Port number.  */
    struct in_addr  sin_addr;		/* Internet address.  */

    /* Pad to size of `struct sockaddr'.  */
    unsigned char sin_zero[sizeof (struct sockaddr) -
            __SOCKADDR_COMMON_SIZE -
            sizeof (in_port_t) -
            sizeof (struct in_addr)];
};

• sin_family：表示地址簇，ipv4: AF_INET, ipv6: AF_INET6，
• sin_port：16位的端口号
• sin_addr：点分十进制。

通用地址结构

结构体是 sockaddr，方便可以接受 ipv4/ipv6 的地址结构。之所以采用 sockaddr，而不采用 void* 是因为 BSD 设计套接字的时候大约是 1982 年，那个时候的 C 语言还没有void * 的支持。

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struct sockaddr {
    sa_family_t  sa_family;
    char         ss_data[14];
};  

tcpdump 命令行抓包工具。

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tcpdump [ -AbdDefhHIJKlLnNOpqStuUvxX# ] [ -B buffer_size ]
        [ -c count ] [ --count ] [ -C file_size ]
        [ -E spi@ipaddr algo:secret,...  ]
        [ -F file ] [ -G rotate_seconds ] [ -i interface ]
        [ --immediate-mode ] [ -j tstamp_type ] [ -k (metadata_arg) ]
        [ -m module ]
        [ -M secret ] [ --number ] [ --print ]
        [ -Q packet-metadata-filter ] [ -Q in|out|inout ]
        [ -r file ] [ -s snaplen ] [ -T type ] [ --version ]
        [ -V file ] [ -w file ] [ -W filecount ] [ -y datalinktype ]
        [ -z postrotate-command ] [ -Z user ]
        [ --time-stamp-precision=tstamp_precision ]
        [ --micro ] [ --nano ]
        [ expression ]

需要 root 权限运行:

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> sudo tcpdump -i any
tcpdump: data link type LINUX_SLL2
tcpdump: verbose output suppressed, use -v[v]... for full protocol decode
listening on any, link-type LINUX_SLL2 (Linux cooked v2), snapshot length 262144 bytes
15:01:28.921972 ens33 Out IP ept.55660 > 123.208.120.34.bc.googleusercontent.com.https: Flags [P.], seq 1706429942:1706429981, ack 1072465052, win 63000, length 39
15:01:28.922423 ens33 In  IP 123.208.120.34.bc.googleusercontent.com.https > ept.55660: Flags [.], ack 39, win 64240, length 0
15:01:28.971505 lo    In  IP localhost.33425 > localhost.domain: 48367+ [1au] PTR? 123.208.120.34.in-addr.arpa. (56)
15:01:28.971785 ens33 Out IP ept.50072 > _gateway.domain: 32506+ PTR? 123.208.120.34.in-addr.arpa. (45)
15:01:28.977216 ens33 In  IP _gateway.domain > ept.50072: 32506 1/0/0 PTR 123.208.120.34.bc.googleusercontent.com. (98)
15:01:28.977492 lo    In  IP localhost.domain > localhost.33425: 48367 1/0/1 PTR 123.208.120.34.bc.googleusercontent.com. (109)
15:01:28.977796 lo    In  IP localhost.45140 > localhost.domain: 38317+ [1au] PTR? 168.14.168.192.in-addr.arpa. (56)
15:01:28.978066 ens33 Out IP ept.50288 > _gateway.domain: 21988+ PTR? 168.14.168.192.in-addr.arpa. (45)

-i 表示指定哪一个网卡，any 表示任意。有哪些网卡可以用 ifconfig 来查看，在我的虚拟机上，ifconfig 输出结果如下

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-> ifconfig
ens33: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST>  mtu 1500
        inet 192.168.14.168  netmask 255.255.255.0  broadcast 192.168.14.255
        inet6 fe80::a421:b6c8:4404:333d  prefixlen 64  scopeid 0x20<link>
        ether 00:0c:29:cc:cd:fb  txqueuelen 1000  (Ethernet)
        RX packets 4548  bytes 5135525 (5.1 MB)
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
        TX packets 2897  bytes 1689085 (1.6 MB)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

lo: flags=73<UP,LOOPBACK,RUNNING>  mtu 65536
        inet 127.0.0.1  netmask 255.0.0.0
        inet6 ::1  prefixlen 128  scopeid 0x10<host>
        loop  txqueuelen 1000  (Local Loopback)
        RX packets 5307  bytes 391240 (391.2 KB)
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
        TX packets 5307  bytes 391240 (391.2 KB)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

如果只想查看 ens33 网卡经过的数据包，就可以使用 tcpdump -i ens33来指定。

HTTP 是什么？

HTTP 是超文本传输协议，也就是 HyperText Transfer Protocol。

URI 的完整图解

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  foo://example.com:8042/over/there?name=ferret#nose
  \_/   \______________/\_________/ \_________/ \__/
   |           |            |            |        |
scheme     authority       path        query   fragment
   |   _____________________|__
  / \ /                        \
  urn:example:animal:ferret:nose

消息格式

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start-line
*( header-field CRLF )
CRLF
[ message-body ]

可变参数模板的需求

可变参数模板有助于解决在编译时求值类型安全，不需要宏，不需要显式指定 参数的数量，可以编写可变参数函数模板和可变参数类模板。此外，也有可变参数变量模板和可变 参数别名模板。

可变参数函数模板

可变参数模板以两种方式使用省略号。在参数名称的左侧，表示参数包，在参数名称的右侧，将参数包扩展为单独的名称。

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template <typename T> 
T min(T a, T b)
{
  return a < b ? a : b;
}
template <typename T, typename... Args> 
T min(T a, Args... args)
{
  return min(a, min(args...)); 
}

• 要在模板参数列表中指定一组参数，如 typename... Args，这称为模板参数包。可以为类型模板、非类型模板和双重模板参数定义的模板参数包。
• 函数参数列表中指定一组参数，如 Args...args，这称为函数参数包。
• 函数体中展开包，如在 args... 中，可在 min(args...) 中看到，这称为参数包展开。这种展开的结果是一个由零个或多个值 (或表达式) 组成的逗号分隔列表。

参数包

• sizeof... 计算参数包的大小，返回 std::size_t 类型的 constexpr 值。

可变参数类模板

折叠表达式

• 一元折叠中，若参数包不包含任何元素，则只允许使用某些操作符。下表列出了这些值，以及 空参数包的值:

  操作符	空参数包的值
  && (逻辑 AND)	true
  || (逻辑 OR)	false
  , (逗号操作符)	void()

可变参数别名模板

可变参数变量模板

install(CODE) 和 execute_process 配合

确保 WORKING_DIRECTORY 存在

示例代码:

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set(CMAKE_INSTALL_PREFIX ${PROJECT_BINARY_DIR}/export)
install(CODE "
    execute_process(COMMAND ${CMAKE_COMMAND} -E make_directory folder 
    WORKING_DIRECTORY \${CMAKE_INSTALL_PREFIX})
    ") 

注意确保 CMAKE_INSTALL_PREFIX 存在，可能执行这段代码时还没有 install target 导致 CMAKE_INSTALL_PREFIX 还没有生成。

存储和加载指令

ldr 指令寻址之1： 地址偏移模式 (unsigned offset)

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LDR Xd, [Xn, $offset]

首先在 Xn 寄存器的内容上加上一个 offset 偏移量后作为内存地址，加载此地址的内容到 Xd 寄存器。

ldr 指令寻址之2： 变基模式

• 前变基模式（pre-index 模式）： 先更新偏移地址然后再访问内存。
• 后变基模式（post-index 模式）：先访问内存地址然后再更新偏移地址。

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LDR X0, [X1, #8]! // 前变基模式。先更新X1 的值为 X1+8，然后义新的X1值为地址，加载内存的值到X0

LDR X0, [X1], #8  // 后变基模式。以x1的值为地址，加载该内存地址的值到X0，然后在更新X1寄存器为X1+8

ldr 指令寻址之3： 标签（literal）

PC + label offset

ldr 伪指令

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LDR x7, =MY_LABEL

move 指令

• 16位立即数
• 16立即数左移16，32，48位

多字节加载和存储指令 ldp 和stp

ARM 指令概要介绍

• A64 指令集只能运行在 aarch64 环境中
• 所有的A64汇编指令都是 32bits 宽
• A64 支持全部是大写或者全部是小写的书写方式

寄存器名：

使用场景

当我们在对象函数中需要返回或者使用自己的 shared_ptr 指针时，该怎么办呢？常见的错误写法如下：用不安全的表达式试图获得 this 的 shared_ptr 对象, 但可能会导致 this 被多个互不知晓的所有者析构.

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struct Bad
{
    std::shared_ptr<Bad> getptr() {
        return std::shared_ptr<Bad>(this);
    }
    ~Bad() { std::cout << "Bad::~Bad() called\n"; }
};

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{
    std::shared_ptr<Bad> bp1 = std::make_shared<Bad>();
    std::shared_ptr<Bad> bp2 = bp1->getptr();
    std::cout << "bp2.use_count() = " << bp2.use_count() << '\n';
} // UB: Bad 对象将会被删除两次

正确写法是将定义对象公开继承 enable_shared_from_this:

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class Good: public std::enable_shared_from_this<Good> // 注意：继承
{
    std::shared_ptr<Good> getptr() {
        return shared_from_this();
    }
};