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学习笔记

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TCP协议

概念

TCP（Transmission Control Protocol 传输控制协议）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议

TCP标志位

  • URG(urgent紧急)
  • ACK(Acknowledge number 确认号码)
  • PSH(push传送) 有DATA数据传输
  • RST(reset重置)
  • SYN(synchronous建立联机)
  • FIN(finish结束)

Seq Sequence number(顺序号码)

三次握手

三次握手

  1. 第一次握手：主机A发送位码为SYN＝1，随机产生序号(seq number)=x的数据包到服务器，主机B由SYN=1知道，A要求建立联机；
  2. 第二次握手：主机B收到请求后要确认联机信息，向A发送确认序号(ack number)=(主机A的seq+1)，SYN=1，ACK=1，随机产生seq=y的包；
  3. 第三次握手：主机A收到后检查确认序号(ack number)是否正确，即第一次发送的序号(seq number+1)，以及位码ACK是否为1，若正确，主机A会再发送确认序号(ack number)=(主机B的seq+1)，ACK=1，主机B收到后确认seq值与ACK=1则连接建立成功
为什么不2次

防止已经失效的连接请求报文突然传送到服务器(比如服务端发到客户端的确认信息由于网络阻塞,客户端没收到,认为失败,重新发起连接/传送数据,过一会前一个连接到达,再次连接,造成数据错误和资源的浪费)

为什么不4次

3次已经足够,4次多余

四次挥手

四次挥手

  1. 客户端进程发出连接释放报文，并且停止发送数据,释放数据报文首部，FIN=1，其序列号为seq=u（等于前面已经传送过来的数据的最后一个字节的序号加1），此时客户端进入FIN-WAIT-1（终止等待1）状态。 TCP规定，FIN报文段即使不携带数据，也要消耗一个序号
  2. 服务器收到连接释放报文，发出确认报文，ACK=1，确认序号为 u+1，并且带上自己的序列号seq=v，此时服务端就进入了CLOSE-WAIT（关闭等待）状态 TCP服务器通知高层的应用进程，客户端向服务器的方向就释放了，这时候处于半关闭状态，即客户端已经没有数据要发送了，但是服务器若发送数据，客户端依然要接受。这个状态还要持续一段时间，也就是整个CLOSE-WAIT状态持续的时间
  3. 客户端收到服务器的确认请求后，此时客户端就进入FIN-WAIT-2（终止等待2）状态，等待服务器发送连接释放报文（在这之前还需要接受服务器发送的最终数据）
  4. 服务器将最后的数据发送完毕后，就向客户端发送连接释放报文，FIN=1，确认序号为v+1，由于在半关闭状态，服务器很可能又发送了一些数据，假定此时的序列号为seq=w，此时，服务器就进入了LAST-ACK（最后确认）状态，等待客户端的确认
  5. 客户端收到服务器的连接释放报文后，必须发出确认，ACK=1，确认序号为w+1，而自己的序列号是u+1，此时，客户端就进入了TIME-WAIT（时间等待）状态。注意此时TCP连接还没有释放，必须经过2∗MSL（最长报文段寿命）的时间后，当客户端撤销相应的TCB后，才进入CLOSED状态
  6. 服务器只要收到了客户端发出的确认，立即进入CLOSED状态。同样，撤销TCB后，就结束了这次的TCP连接。可以看到，服务器结束TCP连接的时间要比客户端早一些
为什么客户端需要等待2MSL(Maximum Segment Lifetime)
  • 保证客户端发送的最后一个ACK报文到达服务器,使二端都进入CLOSED状态
  • 防止“已经失效的连接请求报文段”出现在新连接中
为什么建立连接是3次握手,关闭连接是4次挥手

客户端发送FIN报文的时候,服务端可能还有数据传送给客户端,所以ACK和FIN报文是分开的,握手的时候是建立连接,ACK和SYN是同时给客户端

建立连接的情况下,客户端突发故障怎么办

TCP有一个报活计时器,过了这个时间,服务端发送探活报文,如果客户端没反馈,就关闭

TCP机制

  1. 保证可靠性
    • 校验和
    • 序列号
    • 确认应答
    • 超时重传
    • 流量管理
    • 拥塞控制
  2. 高性能
    • 滑动窗口
    • 快速重传
    • 延迟应答
    • 捎带应答

滑动窗口

窗口大小指的是无需等待确认应答就可以继续发送数据的最大值

TCP为了保证性能,会一次性发送多个数据报文,不会一个确认完再发送一个

流量控制

TCP支持根据接收端的处理能力, 来决定发送端的发送速度,防止接收端处理不过来,数据丢失,重传

拥塞控制

TCP引入慢启动机制, 先发少量的数据, 探探路, 摸清当前的网络拥堵状态以后, 再决定按照多大的速度传输数据

延迟应答

不会每个数据包都ACK,攒够一定数量或者超过一定时间应答一次

捎带应答

一问一答情况下,顺便ACK

面向字节流

创建一个TCP的socket, 同时在内核中创建一个 发送缓冲区 和一个 接收缓冲区 ,当发送的数据大的情况,进行拆包

粘包问题

粘包问题中的 “包”, 是指应用层的数据包

避免粘包问题: 按照固定大小读取,对于变长的包,约定数据包的总长度

.tcp和udp的区别

  1. TCP面向连接(如打电话要先拨号建立连接);UDP是无连接的，即发送数据之前 不需要建立连接
  2. TCP提供可靠的服务。也就是说，通过TCP连接传送的数据，无差错，不丢失， 不重复，且按序到达;UDP尽最大努力交付，即不保证可靠交付
  3. TCP面向字节流，实际上是TCP把数据看成一连串无结构的字节流;UDP是面向 报文的，UDP没有拥塞控制，因此网络出现拥塞不会使源主机的发送速率降低
  4. 每一条TCP连接只能是点到点的;UDP支持一对一，一对多，多对一和多对多的 交互通信
  5. TCP首部开销20字节;UDP的首部开销小，只有8个字节
  6. TCP的逻辑通信信道是全双工的可靠信道，UDP则是不可靠信道