【网络】TCP协议详解

目录

TCP协议格式

感性理解TCP报头

认识报头中的字段

序号和确认序号

4位首部长度

窗口大小

标记位

确认应答机制

超时重传机制

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TCP协议格式

感性理解TCP报头

linux内核是用C语言写的，所以报头实际上就是一种结构化的数据对象，用伪代码可表示为如下结构：

认识报头中的字段

序号和确认序号

序号：表示本报文段所发送数据的第一个字节的编号。

确认序号：表示接收方期望收到发送方下一个报文段的第一个字节数据的编号。

4位首部长度

4个比特位能够表示的十进制数据范围是【0,15】,TCP报头的总长度=4位首部长度*4字节，也就是说报头的总长度范围是【0，60】，但是报头中还包含固定大小的20字节。综上所述，报头的最终范围是【20，60】。

窗口大小

在发送数据的过程中，发送数据的速度太快不合适，发送的太慢也不行。窗口大小的作用就是反馈接收缓冲区剩余空间的大小。发送方根据这一反馈就能合适的进行数据发送。

TCP报文是要给对方发送的，对于客户端和服务端都是适用的，在通信的过程中交换对方的接收能力。

标记位

TCP报文是有类型的，根据不同的类型完成不同的动作。

SYN:同步标志位（握手请求）。

FIN:断开连接标记位。

ACK:确认号是否有效。

PSH:催促接收方，让上层尽快取走数据更新缓冲区。

URG:需要被尽快读取的数据，标记紧急指针是否有效。

RST:复位标记位，对方要求重新建立连接。

确认应答机制

TCP可靠性

在网络传输的过程中，存在不可靠的问题，本质原因是传输距离变长了。举个简单的例子，如果小明问同桌小红下课要不要去操场跑步，即使小红只是点了点头，小明也可以确认小红收到了我说的话。同理，如果我们相隔100米之外喊话，能不能听到，能不能把信息完整的听取到都是不可靠的。 在网络传输中，常见的不可靠场景有丢包、乱序、校验错误、重复等。

TCP的可靠性怎样保证：确认应答+超时重传。

●一个报文如果收到了应答，就能说明它的可靠性

小明：你吃了吗？

小刚：吃了

我们认为，只要收到了应答，历史消息就能确认被收到。也就是说，确认了应答才算可靠。

小明：一会去打球吗

小刚：未应答

在双方通信的过程中，一定会存在最新的消息没有被应答。最新的消息一般无法保证可靠性。

●数据发送的顺序和数据到达的顺序不一定是匹配的。

针对发送的请求进行编号，应答的时候也针对编号进行应答，这样就能保证数据传输没有歧义。

 TCP 是面向字节流的，TCP将每个字节的数据都进行了编号，即为序列号。

每一个ACK都带有对应的确认序列号，确认序列号意在告诉发送者，已经收到了哪些数据，下次发送该从哪里开始。

为什么要有两组序号？

答：TCP客户端和服务端双方的地位是对等的，是全双工的。既能接收数据也能发送数据。

超时重传机制

针对数据在网络传输中丢包的情况，TCP的处理方式是进行重传。

情况1：请求丢了。重传

主机A发送数据给B之后, 可能因为网络拥堵等原因, 数据无法到达主机B;如果主机A在一个特定时间间隔内没有收到B发来的确认应答, 就会进行重发
 

 情况2：应答丢了。重传

主机A发送数据给B之后, 没有收到B发来的确认应答也可能是应答丢了,在一段时间间隔后就会进行重发。

这里需要注意的是，如果主机B收到很多重复的数据，TCP根据序列号能够识别出重复的包，很容易就能做到去重。

对于超时时间而言，设置为固定长短是不合理的。举个例子来说，如果在一个网络环境很快的情况下，数据已经丢了，过了很久才进行重传，效率就大大降低。反之，在一个网络环境较差的情况下，如果超时重传的时间设置的较短，数据还没到，就再次发送了。上述情况很明显是不合理的。

最理想的情况下, 找到一个最小的时间, 保证 "确认应答一定能在这个时间内返回"。但是这个时间的长短, 随着网络环境的不同, 是有差异的。
a.如果超时时间设的太长, 会影响整体的重传效率;
b.如果超时时间设的太短, 有可能会频繁发送重复的包;

所以超时重传的时间间隔是浮动的。TCP为了保证无论在任何环境下都能有较高性能的通信，会动态计算这个最大超时时间。