【好书精读】网络是怎样连接的 之 客户端与服务器之间是如何收发数据

 （ 该图由AI制作 学习AI绘图 ）

目录

将 HTTP 请求消息交给协议栈

对较大的数据进行拆分

使用 ACK 号确认网络包已收到

根据网络包平均往返时间调整 ACK 号等待时间

返回 ACK 号的等待时间（这个等待时间叫超时时间）

使用窗口有效管理 ACK 号

接收 HTTP 响应消息

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将 HTTP 请求消息交给协议栈

当控制流程从 connect 回到应用程序之后 （图中的②结束）

进入数据收发阶段（ 从应用程序调用 write 将要发送的数据交给协议栈 开始 （ 图 ③ ） ）

协议栈收到数据后执行发送操作

协议栈收到数据

会将数据存放在内部的发送 缓冲区 中

等待应用程序的下一段数据

要积累多少数据才能发送 ， 不同种类和版本的操作系统会有所不同

补充：如何判断何时发送

1：是每个网络包能容纳的数据长度

根据一个叫作 MTU 的参数来进行判断 。 MTU 表示一个网络包的最大长度 ， 在以太 网中一般是 1500 字节 （ 图 ） 。 MTU 是包含头部的总长度 ， 因此需要从 MTU 减去头部的长度 ， 然后得到的长度就是一个网络包中所能容纳的最大 数据长度 ， 这一长度叫作 MSS 。 当从应用程序收到的数据长度超过或者接 近 MSS 时再发送出去 ， 就可以避免发送大量小包的问题了

2：另一个判断要素是时间

当应用程序发送数据的频率不高的时候 ， 如果每次都等到长度接近 MSS 时再发送 ，可能会因为等待时间太长而造成发 送延迟 ， 这种情况下 ， 即便缓冲区中的数据长度没有达到 MSS ， 也应该果 断发送出去 。 为此 ， 协议栈的内部有一个计时器 ， 当经过一定时间之后 ， 就会把网络包发送出去

对较大的数据进行拆分

发送缓冲区中的数据会被以 MSS 长度为单位进行拆分 ， 拆分出来的每块数据会被放进单独的网络包中

根据发送缓冲区中的数据拆分的情况 ， 当判断需要发送这些数据时 ， 就在每一块数据前面加上 TCP 头部 ， 并根据套接字中记录的控制信息标记发送 方和接收方的端口号 ， 然后交给 IP 模块来执行发送数据的操作

使用 ACK 号确认网络包已收到

网络包已经装好数据并发往服务器了

 

TCP 模块在拆分数据时 ，

会先算好每一块数据相当于从头开始的第几个字节

接下来在发送这一块数据时 ， 将算好的字节数写在 TCP 头部中

“序号”字段就是派在这个用场上的。

然后 ， 发送数据的长度也需要告知接收方

通过这些信息，接收方还能够检查收到的网络包有没有遗漏

在客户端向服务器发送数据的同时，服务器也会向客户端发送数据

我们只要增加一种左右相反的情形

 明白原理之后我们来看一下实际的工作过程

 

客户端在连接时，需要计算出，与从客户端，到服务器，方向，通信相关的，序号初始值 ， 并 将这个值，发送给服务器 （ 图 ① ）。

服务器会通过这个初始值计算出 ACK 号并返回给客户端 （ 图 ② ）

这一机制非常强大 。 通过这一机制 ， 我们可以确认接收方有没有收到某个包 ， 如果没有收到则重新发送 ， 这样一来 ， 无论网络中发生任何错误 ， 我们都可以发现并采取补救措施 （ 重传网络包 ）。 反过来说 ， 有了这一机 制 ， 我们就不需要在其他地方对错误进行补救了

因此，网卡、集线器、路由器都没有错误补偿机制，一旦检测到错误就直接丢弃相应的包

通过“序号”和“ACK 号”可以确认接收方是否收到了网络包

根据网络包平均往返时间调整 ACK 号等待时间

返回 ACK 号的等待时间（这个等待时间叫超时时间）

等待时间需要设为一个合适的值 ， 不能太长也不能太短 ， 但这谈何容易

根据服务器物理距离的远近 ， ACK 号的返回时间也会产生很大的波动 ， 而且我们还必须考虑到拥塞带来的影响 。

因此 ， TCP 采用了动态调整等待时间的方法 ， 这个等待时间是根据 ACK 号返回所需的时间来判断的 。 具体来说 ， TCP 会在发送数据 的过程中持续测量 ACK 号的返回时间 ， 如果 ACK 号返回变慢 ， 则相应 延长等待时间 ； 相对地 ， 如果 ACK 号马上就能返回 ， 则相应缩短等待 时间

使用窗口有效管理 ACK 号

 

为了减少这样的浪费 ， TCP 采用图 （b ） 这样的滑动窗 口方式来管理数据发送和 ACK 号的操作 。 所谓滑动窗口 ， 就是在发送一 个包之后 ， 不等待 ACK 号返回 ， 而是直接发送后续的一系列包 。 这样一 来 ， 等待 ACK 号的这段时间就被有效利用起来了

可能会出现发送包的频率超过接收方处理能力的情况

 

接收 HTTP 响应消息

到这里 ， 我们已经讲解完，协议栈接到，浏览器的委托后，发送 HTTP 请求消息，的一系列操作过程了 。

对于响应消息 ， 浏览器需要进行接收操作 ， 这一操作也需要协议栈的参与

浏览器在委托协议栈发送请求消息之后 ， 会调用 read 程序

控制流程会通过 read 转移到协议栈

随着控制流程转移，应用程序也会进入暂停状态

协议栈尝试从接收缓冲区中取出数据并传递给应用程序

协议栈会检查收到的数据块和 TCP 头部的内容 ， 判断是否有数据丢失 ， 如果没有问题则返回 ACK 号 。 然后 ， 协议栈将数据块暂存到接收缓冲区中 ， 并将数据块按顺序连接起来还原出 原始的数据 ， 最后将数据交给应用程序