TCP协议详解_动力节点Java学院整理
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本文描述了TCP协议，首先简单介绍了TCP完成了一些什么功能；介绍了TCP报文格式，以及典型报文的数据格式；接着从链路控制和数据传输两个方面进行了介绍，在TCP中链路控制和数据传输是通过同一个通道进行的，并没有区分控制通道和数据通道；在网络中传输数据（控制或真实数据），网络可能发生拥堵，因此接下来简单描述了主机端进行拥塞控制所采取的方法，也简单提及了中间路由器/交换机进行拥塞避免所采取的主动措施；最后介绍了在TCP中性能分析的一些基本概念点，在开发网络应用程序的时候，需要对应用的网络需求进行一个估计。 本文不是TCP的入门资料，阅读之前需要对TCP有一些基本认识，如三次握手、四次挥手、滑动窗口等。 TCP概述 通常说到TCP，我们都会很自然的想到其为上层提供了一个面向连接、可靠的、端到端的数据流服务，也通常用电话线路来类比一个TCP连接。但这种类比对刚接触到TCP的人来说极易造成误会，我们需要仔细审视这些概念，你将会发现TCP并不是那么面向连接的、也不是那么可靠的、数据也仍然是通过报文的方式进行传输的。实际上TCP是提供了一种“尽力而为”的数据传输模型；同时，它也提供了防止网络拥塞的主机端拥塞控制，试图去了解整个网络的状况，并采取合适的策略（貌似不是TCP应该干的事？）。 TCP的连接并不是指一条实际的或虚拟的链路存在于数据交换的两端，而是指连接的双方都维护了一些资源（如输入输出缓冲区、多种定时器）以及链路状态的信息，并通过双方的控制报文交互管理状态、向用户提供接口修改这些资源的分配。在“连接控制”小节，我们将会仔细审视资源和状态（包括控制状态的报文），若控制报文丢失，那么连接就会处于一种不一致状态，TCP通过一些手段去试图解决这些问题（如持活定时器、保持定时器等等）。 TCP提供了可靠的数据传输服务，其采取的措施是对控制报文和数据报文进行确认、并在超时之后进行重传；并利用滑动窗口协议解决数据数传乱序、收发双方进行流量控制。具体来说就是，对于发送方，TCP按照其认为最合适的长度发送数据报文，并在发出报文之后，启动一个定时器，等待数据的确认报文，若定时器超时后仍没有收到确认报文，则重传该报文；对于接收方，收到数据后，首先检查报文校验和，错误则直接丢弃该报文，不确认（发送端会注意到这个事实，从而重传）；收到重复报文，丢弃，不确认；通过双方维护的滑动窗口，TCP会将乱序报文排好序后才提交给上层应用程序。需要注意的是，流量控制与拥塞控制并不是同一回事，流量控制的目的在于防止发送端发送大量数据，超过接收端的处理能力，从而导致丢包等；拥塞控制则在于防止网络中发生拥堵，中间路由器或交换机丢弃报文的情况。 TCP提供数据流服务，上层应用传给TCP的数据，TCP并不加以区分，仅仅是按照自己的需求组合、拆分数据，然后传送给对端，对端TCP协议栈再将数据以发送的顺序递交给上层应用。TCP的数据传送仍然是以IP报文的方式发送到对端的，每次尽力发送MSS大小的报文，在“数据传输”小节我们会看到诸如Nagle算法、TCP_CORK等对流中报文的控制。 TCP本身并不提供报文边界之类的东西，但提供了紧急数据、PUSH标志（并没有提供对外接口）等方式可以模拟报文。通常，TCP数据流的划分是应用程序的事，应用程序定义好格式，并自己解析，常见的方案有： 先传输固定大小的报文长度字段； 按行进行分割（或其他分隔符）； 固定长度记录； 各种编码方案，如xml、json、ASN.1、tlv等。 TCP报文 TCP报文格式 TCP报文最终是由IP层发送出去的，封装报文如下：
TCP报文格式如下：
通常使用一个四元组唯一的表示一个TCP连接(client-ip, client-port, server-ip, server-port)，但需要注意以下事实： 监听服务器在server-port窗口接受来自客户端的连接，并fork一个子进程处理连接，此时，该四元组却在服务器对应了两个进程（监听进程只处理SYN报文，而子进程却只能处理数据报文和FIN等）； 连接的化身，这在后面会详细描述。 在TCP首部的图中，我们主要关注以下几个字段：序号、首部长度、6个标志位、选项，窗口大小、紧急指针都是以字节单位，这里并不关注。 不含选项的TCP首部为20字节，在首部选项中指明了首部有多少个4字节，由于其占了4位，因此首部最多为60字节。 序号字段用来标识TCP数据流中的数据字节流，在建立连接时会以一个ISN进行初始化，每个SYN、FIN等都会消耗掉一个序号。我们并不用太关心这个字段，只是需要知道序号为32位，在长肥管道（容量较大的网络中）序号可能会出现回绕，TCP需要识别。TCP对该字段也进行了相应的扩充（增加选项）。 TCP选项是以1字节类型、1字节长度（可选）、内容（可选）来表示的，可以只有类型，长度字段包含类型和长度本身。常见选项如下图所示，无操作选项通常用来作为填充以满足选项对齐的要求，tcpdump连接建立的输出中通常会包含这些选项：
TCP首部中定义了6个字段，在一个报文中，通常只会出现一个标志，但也允许多个标志同时出现。 URG，紧急指针标志位。 ACK，确认序号标志位，关于ACK有几点需要注意：a) ACK是累积的，表示接收方已经正确收到了一直到确认序号减一的所有字节；b) TCP通常并不会对每个数据包进行确认，而是采用了捎带确认和延迟确认的技术，捎带确认是指将ACK报文合并到数据报文中去，而延迟确认是TCP维持了一个200ms的定时器，在定时器过期前，若有多个数据需要确认，则一块进行确认，通常是两个报文确认一次，若200ms到了，仍没有新数据需要确认，则不再等待，直接确认该报文；c) ACK报文本身并不会被确认，当ACK丢失时，需要依靠对端超时机制发现（后文详述）。 PSH，该标志由TCP自动设置（曾经允许通过接口进行设置，当前多数实现不提供），多数实现在发送者将清空发送缓冲区时设置该标志，即发送者一次将当前发送缓冲区的数据都发送出去了。 RST，连接重置标志位。 SYN，同步标志位，用来发起一个新建连接。 FIN，发送端已经完成了所有的数据发送，不会再发送新的数据，关闭了其发送端，若对端也发送该标志，则完全关闭连接。 常见报文 （编辑：焦作站长网） 【声明】本站内容均来自网络，其相关言论仅代表作者个人观点，不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利，请及时与联系站长删除相关内容! |
