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TCP全称为传输控制协议(Transmission Control Protocol).⼈如其名,要对数据的传输进⾏⼀个详细 的控制; TCP协议段格式 • 源/目的端口号:表⽰数据是从哪个进程来,到哪个进程去; • 32位序号/32位确认… 文章目录 TCP协议确认应答超时重传连接管理断开连接 TCP协议
TCP全称为传输控制协议(Transmission Control Protocol).⼈如其名,要对数据的传输进⾏⼀个详细 的控制; TCP协议段格式 • 源/目的端口号:表⽰数据是从哪个进程来,到哪个进程去; • 32位序号/32位确认号:后⾯详细讲; • 4位TCP报头⻓度:表⽰该TCP头部有多少个32位bit(有多少个4字节);所以TCP头部最⼤⻓度是15*460 • 6位标志位: ◦ URG:紧急指针是否有效 ◦ ACK:确认号是否有效 ◦ PSH:提⽰接收端应⽤程序⽴刻从TCP缓冲区把数据读⾛ ◦ RST:对⽅要求重新建⽴连接;我们把携带RST标识的称为复位报⽂段 ◦ SYN:请求建⽴连接;我们把携带SYN标识的称为同步报⽂段 ◦ FIN:通知对⽅,本端要关闭了,我们称携带FIN标识的为结束报⽂段
• 保留六位reserved保留位UDP协议长度受到2个字节的限制想要进行扩展发现扩展不了一旦改变报头长度就会使机器发送的UDP数据报和其他机器不兼容TCP在设定报头的时候就提前准备了几个保留位后续一旦需要扩展功能使用保留位就可以实现就可以避免TCP的扩展不兼容的问题 • 16位校验和:发送端填充,CRC校验.接收端校验不通过,则认为数据有问题.此处的检验和不光包含TCP⾸部,也包含TCP数据部分. • 16位紧急指针:标识哪部分数据是紧急数据;
确认应答
网络传输过程中经常会出现后发先至的情况原因是一个数据包从发送方到接收方传输过程中走的路径可能不一样导致先发后至。 为了解决上述问题引入了序号和确认序号对数据进行编号应答报文告诉发送方我应答是哪个数据 TCP将每个字节的数据都进⾏了编号.即为序列号 主机B收到1-1000这些字节数据之后反馈一个应答报文应答报文中的确定序号的值就是1001 1001的含义 1.小于1001的数据都已经收到了 2.发送方接下来要给我发1001开始的数据了
TCP的确认应答是确保TCP可靠性的最核心机制 每⼀个ACK都带有对应的确认序列号,意思是告诉发送者,我已经收到了哪些数据;下⼀次你从哪⾥开始发.
超时重传
超时重传是确认应答的补充如果一切顺利通过应答报文就可以告诉发送方当前数据是不是成功收到但是网络上可能存在丢包的情况如果数据包丢了没有到达对方对方自然也就没有ack报文这种情况下就需要超时重传当认为丢包之后就会把刚才的数据包再传输一次等待的过程有一个时间的阈值就是“超时”。 • 主机A发送数据给B之后,可能因为⽹络拥堵等原因,数据⽆法到达主机B; • 如果主机A在⼀个特定时间间隔内没有收到B发来的确认应答,就会进⾏重发;但是,主机A未收到B发来的确认应答,也可能是因为ACK丢失了; TCP socket在内核中存在接收缓冲区一块内存空间发送方发来的数据是要先放到接收缓冲区的然后应用程序调用read/scanner.next才能读到数据当数据再次接收到缓冲区时候接收方首先会先判定是否存在如果存在就会丢弃重复数据。
接收方如何判定这个数据是否是“重复数据” 核心判定依据是根据数据的序号 1.数据还在接收缓冲区里没被read走此时就拿着新接收的数据序号和缓冲区中的所有数据的序号核对 2.数据在接收缓冲区外已经被应用程序read走了此时新来的数据序号直接无法再接收缓冲区查到注意应用程序读取数据的时候是按照序号的先后顺序连续读取的一定是先读序号小的数据后读序号大的数据 超时重传不是无限的重传重传过程也是有一定策略的 1.重传次数是有上限的重传到一定程度还没有ack应答就尝试重置连接如果重置也失败了就直接放弃连接 2.重传的超时时间阈值也不是固定不变的随着重传的次数的增大而增大重传的频率越来越低
连接管理
建立连接和断开连接是网络原理中高频的问题 在内核中是如何建立连接的 TCP要经过 三次握手 建⽴连接目的就是让通信双方都能保存对方的相关信息 上述的流程上讲是有四次交互但是实际过程中其中的两次交互可以合二为一最终形成了“三次握手”所谓的建立连接过程本质上就是通信双方各自给对方发起一个syn各自给对方回应一个ack
注意
客户端是主动的一方第一次交互一定是客户端主动发起的所谓的syn是一个特别的TCP数据报没有载荷不会携带应用层数据六个标志位中的第五位为1 三次握手的意义是什么
三次握手可以先针对通信路径进行投石问路初步的确定一下通信链路是否畅通三次握手也是在验证通信双方发送能力和接受能力是否正常
断开连接
断开连接的本质目的就是为了把对端的信息从数据结构中删除掉/释放掉 四次挥手也是存在确认应答和超时重传 四次挥手断开连接的第二次和第三次操作不能合二为一因为在实际通信过程中ack和第二个fin时间间隔比较长此时就无法进行合并了就要分成两次来传输
三次握手和四次挥手 相似之处 都是通信双方各自给对方发起一个syn/fin各自给对方返回ack 数据传输的顺序syn/ack/syn/ack fin/ack/fin/ack 不同之处 三次握手中间两次一定能合并四次挥手则不一定 三次握手必须是客户端主动四次挥手客户端/服务器都可以主动
连接管理过程中涉及到的TCP状态转换 TCP服务器和客户端都有一定的数据结构来保存这个连接的信息 在这个数据结构中其中就有一个属性叫做“状态” 操作系统内核根据状态的不同决定了当前应该干什么 LISTEN状态表示服务器这边创建好了serverSocket了并且绑定端口号完成 ESTABLISHED状态表示客户端和服务器连接已经建立完毕三次握手完成 CLOST WAIT状态表示收到对方的fin之后进入这个状态谁被动断开连接谁进入CLOSE WAIT TIME WAIT状态表示本端给对方发起FIN之后对端也给本端发FIN此时本端进入TIME WAIT谁主动断开连接谁进入TIME WAIT
TIMEWAIT 存在的意义主要是防止最后一个ACK丢包。客户端如果在这个环节把TCP连接释放掉此时意味着重传的FIN就无法被返回ACK了保存对端信息的数据结构存在才能给这个连接提供各种操作才能返回ACK 此时的TIMEWAIT等待也不是无休止的等待最多等MSLMSL是一个系统内核的配置项表示客户端到服务器之间消耗的最长时间这个时间一般是一个非常大的时间常见的设置值是
