TCP 传输控制协议
@(Linux)
1.协议格式
| 16位源端口号 | 16位目的端口号 |
|---|
| 32位顺序序号 |
|---|
| 32位确认序号 |
| 4位头部长度 | 6位标志位 | 16位窗口大小 |
|---|
| 16位校验和 | 16位紧急指针 |
|---|---|
| 可选项 | 数据 |
- 源端口地址： 16位源端口地址，端口号2字节 16位，传输层只保存端口号，IP地址在网络层；
- 目的端口地址 接收端的端口号
- 顺序序号 面向字节流发送的，每一个字节都有排序，保证了传输的可靠性与有序性
- 确认序号 将一段字节流数据都接受了以后，返回下一个数据的序号；即n+1 表示1到n的数据都接受了
- 头部长度 单位是4字节，一般为5表示20字节；4位最大是15，头部最长为60字节
- 标志位 6位标准位，每一位都有特殊含义
- URC ：1标准紧急指针有效
- ACK ： 1确认号有效
- PSH ：提示接受端立刻从接受缓冲区读数据
- RST ：用于重新建立链接，称为复位报文段
- SYN ： 请求建立链接，称为同步报文段
- FIN ： 断开链接，称为**结束报文段
- 窗口大小 确认应答时返回自己接受端滑动窗口的大小
- 校验位 CRC校验，具体怎么实现没了解过
- 紧急指针 指向优先发送的紧急数据
- 选项
- MSS 最大传输报文段长度 一般默认为536字节，在建立链接是传输给对方；
- 偏移量M 16位窗口大小最大为65535字节，不够用时使用M偏移量，向左移动；
2.面向链接
2.1面向字节流
- 粘包问题： 应用程序是按照数据包收，TCP是按照字节流发送的，有可能数据包在接受时会剩余一些字节，导致下次接受的接受到这些字节流；
- 解决方法： 定长的包固定大小读取，不定长的包在报头加入长度，在包之间设置分隔符；
2.2三次握手
- 基本流程
- C SYN u——-》 S SYN ACK u+1 w ———》 C ACK u+ 1 w+1
- 窗口大小，MSS大小
- 为什么是三次
- 不是二次：防止 已失效的链接请求 再次获取时，创建多余的链接
- 不是五次：和3次的效果一样，没有什么多余的优点，最少3次就够了；
2.3四次挥手
- 基本流程
- 发送者断开连接
- C FIN x ——-》 S ACK x+1 y ——-》 C
- C接受到ACK断开了C的发送链接，但还可以接受
- 接受者断开连接
- S FIN ACK u x+1 ———-》 C ACK u+1 x+1 ——》 S
- S收到ACK直接close， C 经过TIME_WAIT 后close
- 所以断开链接发起者，会进入以恶搞等待时间；
- 发送者断开连接
- TIME_WAIT 设置时间为2MSL 最长报文段寿命
- 防止客户端发送的ACK能够被服务器端接受
- 防止已失效的连接请求 不会出现影响下一个新连接；
- 服务异常断开
- 进程终止： 服务器断开先发送FIN，服务器进入TIME_WAIT状态
- 机器关机：同上
- 机器断电/断网：客户端不知道服务器端断开链接，发送数据时发现链接不在，发送reset；保活定时器：每过一段时间询问对方在不在，最后确认不再释放链接
服务器解决TIME_WAIT 使用setsockopt( )函数
#include <sys/socket.h>
int setsockopt(int socket, int level, int option_name, const void *option_value, size_t option_len);- socket： 套件字描述符
- level：设置的级别 SOL_SOCKET 表示套接字级别
- option_name: 具体要进行的设置选项 SO_REUSEADDR 打开或关闭地址复用功能
- option_value：要设置的值 1打开， 0关闭；注意类型是指针，要传地址；
- optlen：值的长度
int opt = 1;
setsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt));3.可靠性
3.1确认应答
每次请求/发送都要收到确认应答，不然就超时重传，会保存已发送的分组的副本，确认后才清除。
确认应答ACK，并返回数据n+1序号，表示1-n的数据都已经接受了
3.2超时重传
发出请求后会等待应答，并加载超时计数器，若过来规定的时间还未收到应答，就再次发送请求包；
- 超时时间：比数据往返的平均时间要大，才能确保不二次发送
- 时间算法
- Kam算法： 从第一次重传开始以后，若一直为收到确认应答，每次重传时间为之前的2倍，指数增长；一定次数后判定无法应答，强制关闭链接或进行拥塞控制
- 自适应算法： RTT样本， 太难了自行百度
3.3滑动窗口
- 基本概念：为了能够同时发送多条数据，提高性能的一种机制；在缓冲区内指定一段范围作为滑动窗口
- 缓冲区：
- 发送缓存区： 应用程序发送数据给TCP会先放到缓存区里面，发送缓存区与发送窗口的左边是重合的，缓存区里放有已发送未确认数据，准备发送的数据
- 接受缓存区： 应用程序接受数据时从TCP缓存区里读，数据： 尚未到达，准备接受的数据，未按序接受的数据
- 发送窗口：是发送缓存区里的一段范围，三个指针分开数据的种类，并移动 确认范围；
- 接受窗口：收到连续到达的数据，才会返回确认应答，否则就是未按序应答，会发送前面的那个应答包。
- 丢包问题
- 数据已抵达：确认应答丢包，不影响，只有收到后续的应答包就知道已接受；
- 数据未抵达：请求包丢包，服务器端多次发送n应答包，说明n包丢了，快重传-》连续收到3个n应答包，重发n，成功后会收到一个n+m应答包；
- 窗口大小
注意：举例说明
3.4流量控制
- 16位窗口大小：建立连接时 ACK写入接受窗口大小；
- 窗口大小为0时：发送探测数据段；
3.5拥塞控制
- 慢启动 拥塞窗口一开始为1，每次收到确认+1，遇到阀值改为周期性+1，造成拥塞从头开始阀值减半；
- 阀值 指数 线性 减半
- 单位 1是MSS = 536
4.提高性能
4.1延时应答
我过会再答应，确保你缓存区数据处理了部分，腾出缓冲区；下次可以发更多的数据。
4.2捎带应答
How are u? ——I’m fine, and u? SYN+ACK