2.2 连接服务器
2.2.1 连接是什么意思
连接时发生了什么
客户端创建套接字告知服务器我要通信
创建套接字之后，应用程序就会调用 connect。随后协议栈会将本地的套接字与服务器的套接字进行连接。
在调用 socket 创建套接字时，我们需要把服务器的 IP 地址和端口号等信息告知协议栈，这是连接操作的目服务器上也会创建套接字的之一。
服务器等待客户端发送我要通信的消息
服务器上的协议栈和客户端一样，只创建套接字的。和客户端不同的是，在服务器上连应用程序也不知道通信对象是谁。
我们需要让客户端向服务器告知必要的信息，客户端向服务器传达开始通信的请求，也是连接操作的目的之一。
连接时实际是在做什么
连接实际上是通信双方交换控制信息，在套接字中记录这些必要信息并准备数据收发的一连串操作
客户端将 IP地址和端口号告知服务器这样的过程就属于交换控制信息的一个具体的例子。
所谓控制信息，就是用来控制数据收发操作所需的一些信息，IP 地址和端口号就是典型的例子。
连接时还会分配缓存
连接操作中所交换的控制信息是根据通信规则来确定的，只要根据规则执行连接操作，双方就可以得到必要的信息从而完成数据收发的准备。
此外，当执行数据收发操作时，我们还需要一块用来临时存放要收发的数据的内存空间，这块内存空间称为缓冲区，它也是在连接操作的过程中分配的。上面这些就是“连接”这个词代表的具体含义。
2.2.2 负责保存控制信息的头部
之前我们说的控制信息其实可以大体上分为两类。
客户端和服务器相互联络时交换的控制信息
这些信息不仅连接时需要，包括数据收发和断开连接操作在内，整个通信过程中都需要，这些内容在 TCP 协议的规格中进行了定义。
具体来说，表 2.1 中的这些字段就是 TCP 规格中定义的控制信息。这些字段是固定的，在连接、收发、断开等各个阶段中，每次客户端和服务器之间进行通信时，都需要提供这些控制信息。
如图 2.4（a）所示，这些信息会被添加在客户端与服务器之间传递的网络包的开头。
在连接阶段，由于数据收发还没有开始，所以如图 2.4（b）所示，网络包中没有实际的数据，只有控制信息。
这些控制信息位于网络包的开头，因此被称为头部。
此外，以太网和 IP 协议也有自己的控制信息，这些信息也叫头部，为了避免各种不同的头部发生混淆，我们一般会记作 TCP 头部、以太网头部 、IP 头部。
以太网头部又称“MAC 头部”。
保存在套接字中用来控制协议栈操作的信息
应用程序传递来的信息以及从通信对象接收到的信息都会保存在这里，收发数据操作的执行状态等信息也会保存在这里，协议栈会根据这些信息来执行每一步的操作。
套接字的控制信息和协议栈的程序本身其实是一体的，因此，“协议栈具体需要哪些信息”会根据协议栈本身的实现方式不同而不同。
因为协议栈中的控制信息通信对方是看不见的，只要在通信时按照规则将必要的信息写入头部，客户端和服务器之间的通信就能够得以成立。
不同系统的协议栈的实现不同，因此我们无法具体说明协议栈里到底保存了哪些控制信息。
总结
通信操作中使用的控制信息分为两类：
头部中记录的信息
接字（协议栈中的内存空间）中记录的信息
2.2.3 连接操作的实际过程
我们已经了解了连接操作的含义，下面来看一下具体的操作过程。这个过程是从应用程序调用 Socket 库的 connect 开始的。
connect（< 描述符 >, < 服务器 IP 地址和端口号 >, … ）
上面的调用提供了服务器的 IP 地址和端口号，这些信息会传递给协议栈中的 TCP 模块。
然后，TCP 模块会与该 IP 地址对应的对象，也就是与服务器的 TCP 模块交换控制信息，这一交互过程包括下面几个步骤。
①客户端创建TCP头部
客户端先创建一个包含表示开始数据收发操作的控制信息的头部。如表 2.1 所示。头部包含很多字段，这里要关注的重点是发送方和接收方的端口号。
到这里客户端（发送方）的套接字就准确找到了服务器（接收方）的套接字，也就是搞清楚了我应该连接哪个套接字。
然后，我们将头部中的控制位的 SYN 比特设置为 1，大家可以认为它表示连接。此外还需要设置适当的序号和窗口大小。
②客户端将数据传给服务器
当 TCP 头部创建好之后，接下来 TCP 模块会将信息传递给 IP 模块并委托它进行发送。
IP 模块执行网络包发送操作后，网络包就会通过网络到达服务器，然后服务器上的 IP 模块会将接收到的数据传递给 TCP 模块，服务器的 TCP 模块根据 TCP 头部中的信息找到端口号对应的套接字。
也就是说，从处于等待连接状态的套接字中找到与 TCP 头部中记录的端口号相同的套接字就可以了。
当找到对应的套接字之后，套接字中会写入相应的信息，并将状态改为正在连接。
③服务器创建TCP头部，返回响应
上述操作完成后，服务器的 TCP 模块会返回响应，这个过程和客户端一样，需要在 TCP 头部中设置发送方和接收方端口号以及 SYN 比特
此外，在返回响应时还需要将 ACK 控制位设为1，这表示已经接收到相应的网络包。
网络中经常会发生错误，网络包也会发生丢失，因此双方在通信时必须相互确认网络包是否已经送达，而设置ACK 比特就是用来进行这一确认的。
④服务器将数据传给客户端
接下来，服务器 TCP 模块会将 TCP头部传递给 IP 模块，并委托 IP 模块向客户端返回响应。
然后，网络包就会返回到客户端，通过 IP 模块到达 TCP 模块，并通过 TCP 头部的信息确认连接服务器的操作是否成功。
如果 SYN 为 1 则表示连接成功，这时会向套接字中写入服务器的 IP 地址、端口号等信息，同时还会将状态改为连接完毕。
到这里，客户端的操作就已经完成，但其实还剩下最后一个步骤。
⑤客户端告诉服务器响应已收到
刚才服务器返回响应时将 ACK 比特设置为 1，相应地，客户端也需要将 ACK 比特设置为 1 并发回服务器，告诉服务器刚才的响应包已经收到。
当这个服务器收到这个返回包之后，连接操作才算全部完成。
建立连接之后，协议栈的连接操作就结束了，也就是说 connect 已经执行完毕，控制流程被交回到应用程序。