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[网络协议]TCP的封包格式:TCP为什么要粘包和拆包


从稳定的角度深挖TCP协议运作机制,我们使用的HTTP协议,消息队列,储存,缓存,都需要用到TCP协议----这是因为 TCP提供了可靠性,——就是让数据无损到达,还尽可能提升吞吐量,降低延迟,减少丢包率。

可靠性是TCP最核心的能力,具体来说,从一个终端有序地发出多个数据包,经过一个复杂网络环境,到达目的时候会变得无序,而可靠性要求数据恢复到原始的顺序。

TCP 的拆包和粘包

TCP是一个传输层协议。TCP发送数据的时候,往往不会将数据一次性发送。

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而是将数据拆分很多个部分,然后在逐个发送
请添加图片描述

同样的 在目的 TCP协议需要逐个接收数据,

TCP 为什么不一次性发送完所有的数据?

比如我们要传送一个大小为10M的文件,对于应用层而言就是一次传送完成,而传输层的协议为什么不选择将这个文件一次发送完成呢?

很多原因,比如稳定性,一次发送数据越多,出错概率越大。为了效率,网络中有时候存在着并行的路径,拆分数据包就能更好的利用这些并行的路径,再有,比如发送数据和接收数据的时候,都存在着缓存区。
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缓存区

缓存区:是在内存中开辟的一块区域,

因为大量的应用频繁地通过网卡收发数据,这个时候网卡只能一个一个处理应用的请求,当网卡忙不过来的时候,数据就需要排队,也就是将数据放入缓存区,如果每个应用都随意发送很大的数据,可能导致其他应用实时性遭破坏。

传输层封包不能太大。这种限制,

  1. 往往是以缓冲区大小为单位,也就是TCP协议,会将数据拆分成不超过缓冲区大小的一个个部分,
  2. 每个部分都有一个代名词:TCP段(TCP Segment)

在接收数据的时候,一个个TCP段又被重组成原来的数据。

拆包:将数据拆分成多个TCP 段传输
粘包:将多个数据合并成一个TCP段发送

TCP 段(TCP segment)

那么一个TCP段长什么样子呢?下图TCP段格式

请添加图片描述

可以看到TCP的很多配置选项和数据粘在一起,作为TCP段。

TCP协议就是依靠每一个TCP段工作的,所以每认识一个TCP的能力,几乎都能找到TCP segment中与之对应的字段。

源端口和目的端口(source Port/Destination Port)

描述的是发送端口号和目标端口号,代表发送数据的应用程序和接收数据的应用程序。比如80往往代表HTTP服务,22往往代表SSH服务。。。

数据偏移 (Data offset )

这个量存在的原因是TCP Header 部分长度是可变的,因此需要一个数值来描述数据从哪个字节开始。

URG/ACK/PSH/RST/SYN/FIN

标志位,描述TCP段行为,也就是一个TCP封包是做什么的。

URG

代表这是一个紧急数据,比如远程操作的时候,要终止程序。

ACK

代表响应,上一篇TCP三次握手,四次挥手,所有的消息都必须ACK,这是保障TCP协议稳定性。

PSH

代表数据推送,也就是在传输数据的意思。

SYN

同步请求,也就是伸手握手

FIN

终止请求,也就是挥手

!!!! 5个标志位可以混合使用,比如ACK和SYN 同步请求和响应合并了,这也就是TCP 为什么三次握手。

校验和(Checksum)

校验TCP 有没有损坏

sequence Number 和 Acknowledgement Number

在TCP协议的设计当中,数据拆分成很多个部分,部分增加了协议头,合并成一个TCP段,进行传输。这个过程我们俗称拆包。

稳定性要求无损的传输?

拆包之后的获得数据,又需要恢复到原来的样子,在复杂的网路环境中,即便所有的都是顺序发出的,但也不能保证到达是按照顺序的。因为没发一个TCP段需要由序号,这个序号就是sequence Number

请添加图片描述

  • 发送数据的时候,为每一个TCP段分配一个自增的sequence Number
  • 接收数据的时候虽然seq是乱序的,TCP段进行排序

TCP 拆包和粘包的作用是什么?

TCP 拆包的作用:将任务拆分处理,降低整体任务出错的概率,以及减小底层网络处理的压力,粘包过程需要保证数据经过网络传输,又能够恢复到原始顺序。

TCP 协议时如何恢复数据顺序的。

需要数学提供保证顺序的理论依据,
TCP 利用(发送字节数,接收字节数)的唯一来确定封包之间的顺序关系。

MSS

  • MSS TCP Header中的可选项
  • 可选项控制TCP端的大小,它是一个协商字段
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加:2021-07-24 11:51:07  更:2021-07-24 11:53:07 
 
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