【006】Linux网络编程-2 基本概念

TCP层的基本概念

内容提要：

1.TCP的特点

1.1 基于字节流

TCP层传输的数据我们称为segment，他们的边界不做任何的假定；

认为数据是无格式的；意味着可能发送一个数据包可能一次或者多次才能发送成功；

相应的对等方可能需要一次或者多次才能够接受成功一个数据包；

已存在可能接受一次就可能接收到多个segment；

因为传输的时候没有进行边界的控制，则TCP可能会存在粘包问题；

只有在应用层来处理粘包的问题；后面会在编程的时候解决该问题；

1.2 面向连接

 TCP在传输数据之前必须先建立连接才可以传输数据；

1.3 可靠传输

 TCP可以保证在数据传输的时候是可靠的；

会提供一个端到端的校验和保证数据不会出现差错；

该校验机制也并非是完备的；即出错的话校验和一定不对，校验和正确则数据的传输不一定是对的；

与IP层的校验机制是一样的，都是通过“网际校验机制”进行校验的；

可以保证接收到的数据包不会丢失，也不会重复；

1.4 缓冲传输

拿到数据之后并非直接传输段，而是需要提前将数据缓存到缓存区之后选择最佳的时机才会传输；

1.5 全双工

双向同时发送数据；在发送的时候也可以传输数据；

1.6 流量控制

通过“滑动”窗口的算法控制流量；

2.TCP报文格式

【说明】TCP的报文是通过承载在IP的报文中才传输的；

 

【说明】源IP地址和源端口号加在一起作为源端；目的IP地址和目的端口号加在一起作为目的端；

源端+目的端构成了一个TCP的连接；

意味着一个TCP的连接需要四个要素构成：①源IP地址②源端口号③目的IP地址④目的端口号

 

【说明】紧急的数据也称为带外数据；

 TCP传输的PACKTE大小不会超过536，他不能超过MTU的大小；一般取值是512；不然IP层就会出现分片的问题；

 

3.连接建立三次握手

三次握手实例：张三通知李四存100元到张三的账户上；

第1步：张三发一条信息给李四通知李四汇100元到张三的账户上来；

第2步：李四汇款100元后会发送一条信息通知张三已经汇款；

（此时并不保证张三确实已经收到款项，需要张三的回应）

第3步：张三在收到李四给信息后给很自然的给张三回一条信息：“我已经收到”！；

 （李四只有在张三回复后才会放心张三已收到款项）

一般生活中的通信的过程都是遵循三次握手的机制的；

TCPA首先发送的数据：序列号为“a”,并且SYN置为“1”；

 

 TCPB发送的数据：期望下一次收到的序列号好为b；

4.连接终止四次挥手

【说明】

【1】发起终止的可以TCPA也可以TCPB，双方都可以首先关闭套接字；

【2】实际上不管谁先发起终止，都是一共发生了两次“close” 关闭套接字，只是关闭的顺序不一样；

【3】其实双发发出的信号是一样的，只是序号和先后顺序不一样；

实质就是依次发出close，然后对方进行回应；

5.TCP如何保证可靠性

 【问】不可靠表现方式有什么？

①数据出现差错②数据存在丢包③数据的顺序有误④收到的数据重复

序号	不可靠表现	对应的解决方式
①	数据出现差错	校验和
②	数据存在丢包	通过超时重传机制，并且还需要使用确认机制； 只有在规定的时间内没有收到对方的消息则认为是超时；
③	数据的顺序有误	在数据头部都有序号标识，可以根据序号进行重新排序
④	收到的数据重复	与③一样的，通过序号重复可以保证数据不重复

 

 

 

 

 

 

 

 

6.滑动窗口协议【重点】

【说明】主要适用于流量控制；

即可以应用于“链路层 ”，也可以应用于“传输层”；

两者之间的不同：链路层使用帧为单位进行确认的，传输层使用字节为单位进行确认的；

流量控制很关键的地方在于“窗口的维护”；

发送端维护了一个“发送窗口”，接收端维护了一个“接收窗口”；

发送端发送的数据大小不能超出“接收窗口”的缓存区的大小，否则会导致数据的丢失；

【问】在数据发送的时候无法知道“接收窗口”的大小，因此无法设置“发送窗口”的大小，该如何解决该问题？

【答】TCP有个头部字段，其中定义了“窗口的大小”，是一个16位的整数；

在TCP建立连接的时候双方都会通告双方建立窗口的大小，通道窗口大小，用来通知双方各自的通道窗口大小； 

除此之外，还通知了TCP的各自的段的MSS的大小；

MSS和窗口大小没有必然的关系；

MSS主要是防止TCP的分片，而窗口主要是用于流控；

MSS的大小必须小于MTU的大小，最好是小于MTU-20(TCP头部大小)-20（IP头部大小）；

确定了“接收窗口”的大小，基本上就可以确定了“发送窗口的大小”，一般两者相等；

 但是在协议中，TCP协议的“”发送窗口的大小“并不一定等于“接收窗口的大小”；

【问】滑动窗口是如何工作的？

首先应用层要生成数据放到“发送窗口”中，相当于放到缓存区；

如果数据大小超过了“窗口”的缓存区大小，应用层将会阻塞，必然等待腾出更多的空间直到发送；

会导致发送速度变慢，如果“发送窗口”设置的太小，就会导致发送速度变慢，必然影响对方的接收速度也变慢；

实际上使用时，发送窗口要和接收窗口的大小匹配才可以，这样才能够达到最佳的性能；

并非“发送窗口”越大越好。

否则就是恶性循环：发送窗口太大-->发送数据量大-->接收窗口太小，数据丢失--->应用层超时重传-->再次发送数据--->效率变慢；

因此，最适合的值才是最好的；

 【累积确认机制】假如接收窗口中4.5.6都到了，是否会直接全部确认呢？

【答】不一定；此时只对6进行确认，同时滑动窗口移动到7-16，

 【滑动窗口的改进1】

  

 【滑动窗口的改进2】

 

 一般会选择“通告接收窗口”和“拥塞窗口”两者的最小值；

【问】拥塞窗口的大小如何知道呢？

拥塞窗口处于动态的变化中，它的大小可能会发生变化；

实际上TCP使用了两个阶段，用来逐渐确定拥塞窗口的大小，来达到一个最佳的值；

.......

查看视频；

7.UDP特点

无连接

不可靠

一般情况下UDP更加高效：UDP的头部比TCP的头部更简单；UDP并没有一些确认机制；

8.UDP报文格式