TCP
TCP通過校驗和、序列號、確認應答、重發控制、連接管理和窗口控制實現可靠傳輸。
TCP通過確認應答ACK來實現有保障的數據傳輸，但是由於各種原因，目標主機可能無法收到ACK信號，導致源主機不停重發數據。為此，引入序列號與確認信號相結合，實現有效的重發控制。
作為面向連接的協議，TCP在數據通信前，通過TCP首部發送一個SYN包作為建立連接的請求等待確認應答。一個連接的建立與斷開至少要來回發送7個包才能完成。其中建立連接三次握手，需要發送3個包。切斷連接四次揮手，需要發送4個包。
LINUX & TCP
下圖展示了LINUX中TCP客戶機和服務器交互時調用的基本套接字函數。
（圖源：UNIX網絡編程-第三版）
一個進程要進行網絡讀寫，第一個執行的就是socket()，它定義在socket.h文件中：
#include <sys/socket.h>
int socket(int family, int type, int protocol);
其中family指定協議類型簇（IPv4、IPv6、Unix域協議、路由套接字、密鑰套接字），type指定套接字類型，protocol指定協議的類型常量（TCP、UDP、SCTP）。socket()函數返回套接字描述符。
跟蹤調用棧
(圖源：https://www.jianshu.com/p/5d82a685b5b6)
啟動qemuOS，打開GDB調試，連接到遠程。在__sys_socket()函數處打上斷點，追蹤函數調用棧：
在gdb中根據情況交替使用next和step命令，追蹤程序運行。函數調用了__sock_create()實際執行socket創建任務。對__socket_create()進行追蹤。
在__sock_create()函數中
sock_alloc()
在__socket_create()中，又調用了sock_alloc()函數將socket分配給一個結構體變量sock。
這里，sock的類型為struct socket*，在linux源碼目錄下使用正則表達式find -name "*.h" | xargs grep "strcut socket {" -rn找到該結構體定義在./linux-5.0.1/include/linux/net.h中，如下：
struct socket {
socket_state state;
short type;
unsigned long flags;
struct socket_wq *wq;
struct file *file;
struct sock *sk;
const struct proto_ops *ops;
};
state是socket的狀態，type是類型，flags是標志位，eq是等待隊列，file是指針列表。sock是一個重要的結構體，同理可以找到結構體sock的定義，根據注釋描述，它表示一個網絡層的socket。
new_inode_pseudo()
接着調用了new_inode_pseudo()函數，在相應的文件系統中創建一個inode。其代碼位於./linux-5.0.1/fs/inode.c中：
struct inode *new_inode_pseudo(struct super_block *sb)
{
struct inode *inode = alloc_inode(sb);
if (inode) {
spin_lock(&inode->i_lock);
inode->i_state = 0;
spin_unlock(&inode->i_lock);
INIT_LIST_HEAD(&inode->i_sb_list);
}
return inode;
}
inode為socket文件系統中的節點。inode和socket對象是連結在一起的，可以根據inode取得socket對象。分配inode后，應用程序可以通過文件描述符對socket進行讀寫訪問。
協議簇初始化socket
繼續往下，有一條語句：
pf = rcu_dereference(net_families[family]);
用於查找內核初始化時注冊的協議簇。當傳入的family字段存在於協議簇中時，又繼續執行一條語句：
err = pf->create(net, sock, protocol, kern);
這一步調用的是inet_create()函數，它位於./net/ipv4/Af_inet.c中。
inet_create()
這個函數主要完成四個工作：
1 將socket的state設置為SS_UNCONNECTED
sock->state = SS_UNCONNECTED;
2 根據type字段找到對應套接字類型
lookup_protocol:
err = -ESOCKTNOSUPPORT;
rcu_read_lock();
list_for_each_entry_rcu(answer, &inetsw[sock->type], list) {
err = 0;
/* Check the non-wild match. */
if (protocol == answer->protocol) {
if (protocol != IPPROTO_IP)
break;
} else {
/* Check for the two wild cases. */
if (IPPROTO_IP == protocol) {
protocol = answer->protocol;
break;
}
if (IPPROTO_IP == answer->protocol)
break;
}
err = -EPROTONOSUPPORT;
}
if (unlikely(err)) {
if (try_loading_module < 2) {
rcu_read_unlock();
/*
* Be more specific, e.g. net-pf-2-proto-132-type-1
* (net-pf-PF_INET-proto-IPPROTO_SCTP-type-SOCK_STREAM)
*/
if (++try_loading_module == 1)
request_module("net-pf-%d-proto-%d-type-%d",
PF_INET, protocol, sock->type);
/*
* Fall back to generic, e.g. net-pf-2-proto-132
* (net-pf-PF_INET-proto-IPPROTO_SCTP)
*/
else
request_module("net-pf-%d-proto-%d",
PF_INET, protocol);
goto lookup_protocol;
} else
goto out_rcu_unlock;
}
err = -EPERM;
if (sock->type == SOCK_RAW && !kern &&
!ns_capable(net->user_ns, CAP_NET_RAW))
goto out_rcu_unlock;
sock->ops = answer->ops;
answer_prot = answer->prot;
answer_flags = answer->flags;
rcu_read_unlock();
3 初始化socket的sk
sk = sk_alloc(net, PF_INET, GFP_KERNEL, answer_prot, kern);
if (!sk)
goto out;
err = 0;
if (INET_PROTOSW_REUSE & answer_flags)
sk->sk_reuse = SK_CAN_REUSE;
4 建立socket與sock之間的關系
inet = inet_sk(sk);
inet->is_icsk = (INET_PROTOSW_ICSK & answer_flags) != 0;
inet->nodefrag = 0;
if (SOCK_RAW == sock->type) {
inet->inet_num = protocol;
if (IPPROTO_RAW == protocol)
inet->hdrincl = 1;
}
if (net->ipv4.sysctl_ip_no_pmtu_disc)
inet->pmtudisc = IP_PMTUDISC_DONT;
else
inet->pmtudisc = IP_PMTUDISC_WANT;
inet->inet_id = 0;
sock_init_data(sock, sk);
5 使用具體協議初始化socket
這一步通過hook機制（回調函數）實現。
回到__sys_socket()
在函數的最后使用sock_map_fd()，將初始化好的socket與文件系統關聯，對於TCP和其他協議來說，區別在於socket結構體中family字段的不同：
return sock_map_fd(sock, flags & (O_CLOEXEC | O_NONBLOCK));