TCP编程实践小结1

时间:2024-04-11 15:37:17

说起TCP/IP协议,大家估计都能说出个一二,但是估计很少有人能够深入的理解这个协议,原因有这么几个:

  1. 协议本身确实复杂
  2. 入门教材没选对,太抽象了,导致大家浅尝辄止
  3. 学习过程中如果没有配合实践理解,过段时间也忘记了。

所以本篇文章的用意就是通过理论和实践的结合,加深大家对TCP协议的理解,更好的应用TCP来编写客户端和服务端。

TCP理论介绍

说到入门教材我比较推荐《图解TCP/IP》,本节内容也是在这本书的理论基础上结合自己的理解构成。
首先 TCP位于七层协议中的传输层。
TCP编程实践小结1
TCP通信简单的说是类似这样的。
TCP编程实践小结1
TCP协议是构建在网络层的IP协议之上的面向连接的、可靠的流协议。

TCP如何保证可靠性?

推荐使用WireShark抓包来学习TCP协议的特点,推荐一篇教程。由于HTTP协议是构建TCP协议之上的,所以可以用Wireshark对你的上网过程进行抓包,来观察TCP协议的流程和特性。

连接管理(三次握手)

TCP编程实践小结1

上图是在HTTP GET之前,先经过了TCP的三次握手。
192.168.5.81 ——》 191.0.0.1 SYN(发起连接)
191.0.0.1 ——》 192.168.5.81 ACK(对192.168.5.81 的SYN的确认)+SYN(发起连接)
192.168.5.81 ——》 191.0.0.1 ACK(对191.0.0.1 的SYN的确认)

通过序列号与确认应答提高可靠性。

TCP编程实践小结1

红圈部分是做个示例,TCP中的每一包数据都包含着自身的数据序列号(Sequence Number),以及已收到对方数据的确认号(Acknowledgement Number)。
以下是TCP的报文头定义,方便对照WireShark查看。

TCP编程实践小结1

假如某包数据发送之后,迟迟未受到对方确认,则会进行超时重发。
假如重发一定次数之后,还是没有任何确认应答返回,就会判断网络或对端主机发生异常,强制关闭连接。
通过以上这个机制就可以保证数据不会存在丢包、顺序混乱的问题。

TCP以段为单位发送数据

参考Wireshark的截图,第一包数据中有个属性 MSS=1460(Maximum Segment Size最大消息长度,也就是所谓的“段”)。
以太网标准MSS是1460,同时两端的主机在发出建立连接的请求时会在TCP首部写入MSS选项,告诉对方自己的接口能够适应的MSS的大小。然后会在两者之间选择一个较小的值投入使用。

利用窗口控制提高速度 和 拥塞控制

TCP以段为单位收发数据,如果每发一个段都要进行确认的话效率有点低,于是TCP引入了窗口的概念。
窗口的大小就是指无需等待确认应答而可以继续发送数据的最大值。
在通信刚开始的时候窗口大小一般为1个段,后续随着通信的正常进行,窗口会变大,这叫做拥塞控制,主要是防止网络拥堵。因为计算机网络处在一个共享的环境中,如果大家一开始都采用最大量数据发送可能导致网络瘫痪。
下图红圈是每一个窗口确认的过程,可以看出来窗口是持续增大的。

TCP编程实践小结1

流控制

TCP的流控制的意思就是通信双方会协商好传输数据的速度,否则一方数据发送太快,另一方数据处理能力有限就会导致数据丢弃,从而造成流量的浪费。
接收主机将自己可以接受的缓冲区大小放入到TCP首部字段通知给发送端。这个字段越大,说明网络的吞吐量越大。

OK,以上是TCP的一些基本概念和特性,讲的比较浅,算是自己的一个总结,说多了也不容易记住。
本篇文章先到这里,下一篇再介绍Socket API及其相关使用问题。

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