[网络协议]《图解TCPIP》随笔--第六章(三)--tcp协议

前言

特别写在前面

本文仅用学习记录及分享,不做他用.

如有不妥,请告知

一. 特点&目的

充分的实现了数据传输时的各种控制功能

• 可以在丢包时进行重发控制
• 可调节次序乱掉的数据包进行顺序控制
• 可以控制通信中流量,防止浪费

二. 实现可靠性的手段

• 校验和
• 序列号
• 确认应答
• 重发控制
• 连接管理
• 窗口控制
• …

1. 序列号(Seq) + 确认应答(ACK)

• 序列号 - Seq – (序号)
  • 字长32位
  • 指发送数据的位置
  • 每发送一次数据,累加一次该字节数据

注意

建立连接和断开连接 发送的 SYN 和 FIN 数据包

虽不携带数据,但也会使 该字节+1

• 确认应答号 - ACK
  • 字段长32位
  • 指下一次应该收到的数据的序列号
  • 发送端收到的确认应答号,表示此序列号之前的所有数据已正常接收

( 开始握手第一包 ACK == 0 , Seq == 0 )–Client
( 开始握手第二包 ACK == 1 , Seq == 0 )–Serve
> 一旦 - 回应上一包数据 - 确认接收后
> 下一包数据的 Seq = 当前ACK
> 下一包数据的 ACK + 1

两种异常情况

• 数据包丢失
  • 当数据包丢失后,一段时间后 发送端 未收 接收端 返回的 ACK ,发送方 认为数据没有到, 重发控制 触发
• 确认应答丢失
  • 发送端 没有收到 接受端 ACK 可能 仅仅 ACK丢失,数据正常传输
  • 一段时间后 重发
  • 这时,需要 序列号(Seq) + 确认应答(ACK) 判断是否需要丢掉重复数据

2. 连接管理

• 请求连接 - SYN
• 断开连接 - FIN

TCP 通信

三次"握手" , 四次"挥手"

正常通信过程 至少 来回 7个数据包 才能完成

3. 以段为单位发数据

MSS - 最大消息长度

最理想的情况

MSS 正好等于 IP 中不会被分片处理的最大长度

在开始通信时,双端都会产生一个MSS,会选择一个较小的值投入使用

4. 重发超时

重发超时 – 重发数据之前的等待时间

在每次数据往返时都要进行往返时间 和 偏差 的计算

一般超时都以 0.5秒 为单位进行控制,所以重发超时都是 0.5s 的整数倍

最初的数据包还不知道往返时间,故其往返时间设置为 6s左右

如若 重发超时 后再次 发送 后,超时会以 2 , 4 倍 的 指函数 增长

重发一定次数后 通信终止

重发超时 会随着发送的数据量 动态调整

5. 窗口控制 – 提速

以一段数据为单位发送,每段数据应答

• 时间长
• 性能低

滑动窗口 + 缓存区

窗口大小 – 无需等待确认应答,但可以继续发送数据的 最大值 ( 图中窗口大小为四段 )

该机制的实现使用了大量 缓存区 ,对多端数据 同时 进行 确认应答

6. 窗口控制 + 重发控制

应答未返回时

• 运用了窗口控制后 无需再次发送

报文丢失时

• 发送主机如果 重复收到3次 同一个应答信号
• 表示该部分数据丢失,重发

这种模式被称为 高速重发控制

7. 流控制

机制
接收端 发送窗口大小值给 发送端
发送端 根据 接收端 自身实际接收能力去 控制 发送的数据量

如上图
1. 主机B 从 3001号后的缓存区即满 -- 停止接收数据
2. 主机A 重发超时 了,也没有收到应答信号
3. 主机A 发送 窗口探测 ...  ... ...( 随时发一包 探测此时窗口大小 )
4. 直到 主机B 窗口更新 通知给 主机A , 通信再次开始

8. 拥塞控制

防止网络过度 拥堵 而崩溃

通信一开始 通过 慢启动算法 得出 慢启动阀值 ,对 发送端 进行控制

以免造成连续发包 – (爆发) 造成的网络拥堵

三. 提高网络利用率的规范

1. Nagle 算法

只有 同时 满足下列两个条件 ,才能进行 数据传输

• 已发的数据都被接收
• 可以发送最大段长度MSS的数据

虽然可以提高网络的利用率

但是会造成网络延时

在 窗口系统 或 机械控制等领域 使用 tcp 时,会 关闭该算法

2. 延迟确认应答 - 较优处理机制

能够提高网络利用率

降低计算机处理负荷

实现机制

• 在没有收到 2xMSS 的数据为止 ,不做确认应答 - ACK
  - 一些操作系统会规定
  - 无论数据大小 , 两个包即刻应答
• 其他情况下 , 最大延迟 0.5s 回复确认信号
  - 很多操作系统设置为 0.2s 左右

3. 捎带应答

前提开启 延迟确认应答 才能实现

减少收发数据量

四. 首部格式

1. TCP数据包格式

2. 控制位

3. 校验和

为了提供 可靠的 TCP 首部 和 数据

TCP首部校验和计算三部分：TCP首部 + TCP数据 + TCP伪首部

TCP伪首部

参考

(1条消息) IP首部校验和计算及1的补码_cradmin的专栏-CSDN博客

(1条消息) tcp/udp校验和以及伪首部介绍_nice_wen的博客-CSDN博客_tcp 伪首部

TCP头校验和计算算法详解 - RodYang - 博客园 (cnblogs.com)

结束

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