西南城乡建设部网站首页,承德建设网站,网站怎么做微博链接,资阳地网站seoTCP 是互联网核心协议之一#xff0c;本文介绍它的基础知识。一、TCP 协议的作用互联网由一整套协议构成。TCP 只是其中的一层#xff0c;有着自己的分工。#xff08;图片说明#xff1a;TCP 是以太网协议和 IP 协议的上层协议#xff0c;也是应用层协议的下层协议。本文介绍它的基础知识。一、TCP 协议的作用互联网由一整套协议构成。TCP 只是其中的一层有着自己的分工。图片说明TCP 是以太网协议和 IP 协议的上层协议也是应用层协议的下层协议。最底层的以太网协议Ethernet规定了电子信号如何组成数据包packet解决了子网内部的点对点通信。图片说明以太网协议解决了局域网的点对点通信。但是以太网协议不能解决多个局域网如何互通这由 IP 协议解决。图片说明IP 协议可以连接多个局域网。IP 协议定义了一套自己的地址规则称为 IP 地址。它实现了路由功能允许某个局域网的 A 主机向另一个局域网的 B 主机发送消息。图片说明路由器就是基于 IP 协议。局域网之间要靠路由器连接。路由的原理很简单。市场上所有的路由器背后都有很多网口要接入多根网线。路由器内部有一张路由表规定了 A 段 IP 地址走出口一B 段地址走出口二......通过这套指路牌实现了数据包的转发。图片说明本机的路由表注明了不同 IP 目的地的数据包要发送到哪一个网口interface。IP 协议只是一个地址协议并不保证数据包的完整。如果路由器丢包比如缓存满了新进来的数据包就会丢失就需要发现丢了哪一个包以及如何重新发送这个包。这就要依靠 TCP 协议。简单说TCP 协议的作用是保证数据通信的完整性和可靠性防止丢包。二、TCP 数据包的大小以太网数据包packet的大小是固定的最初是1518字节后来增加到1522字节。其中 1500 字节是负载payload22字节是头信息head。IP 数据包在以太网数据包的负载里面它也有自己的头信息最少需要20字节所以 IP 数据包的负载最多为1480字节。图片说明IP 数据包在以太网数据包里面TCP 数据包在 IP 数据包里面。TCP 数据包在 IP 数据包的负载里面。它的头信息最少也需要20字节因此 TCP 数据包的最大负载是 1480 - 20 1460 字节。由于 IP 和 TCP 协议往往有额外的头信息所以 TCP 负载实际为1400字节左右。因此一条1500字节的信息需要两个 TCP 数据包。HTTP/2 协议的一大改进 就是压缩 HTTP 协议的头信息使得一个 HTTP 请求可以放在一个 TCP 数据包里面而不是分成多个这样就提高了速度。图片说明以太网数据包的负载是1500字节TCP 数据包的负载在1400字节左右。三、TCP 数据包的编号SEQ一个包1400字节那么一次性发送大量数据就必须分成多个包。比如一个 10MB 的文件需要发送7100多个包。发送的时候TCP 协议为每个包编号sequence number简称 SEQ以便接收的一方按照顺序还原。万一发生丢包也可以知道丢失的是哪一个包。第一个包的编号是一个随机数。为了便于理解这里就把它称为1号包。假定这个包的负载长度是100字节那么可以推算出下一个包的编号应该是101。这就是说每个数据包都可以得到两个编号自身的编号以及下一个包的编号。接收方由此知道应该按照什么顺序将它们还原成原始文件。图片说明当前包的编号是45943下一个数据包的编号是46183由此可知这个包的负载是240字节。四、TCP 数据包的组装收到 TCP 数据包以后组装还原是操作系统完成的。应用程序不会直接处理 TCP 数据包。对于应用程序来说不用关心数据通信的细节。除非线路异常收到的总是完整的数据。应用程序需要的数据放在 TCP 数据包里面有自己的格式比如 HTTP 协议。TCP 并没有提供任何机制表示原始文件的大小这由应用层的协议来规定。比如HTTP 协议就有一个头信息Content-Length表示信息体的大小。对于操作系统来说就是持续地接收 TCP 数据包将它们按照顺序组装好一个包都不少。操作系统不会去处理 TCP 数据包里面的数据。一旦组装好 TCP 数据包就把它们转交给应用程序。TCP 数据包里面有一个端口port参数就是用来指定转交给监听该端口的应用程序。图片说明系统根据 TCP 数据包里面的端口将组装好的数据转交给相应的应用程序。上图中21端口是 FTP 服务器25端口是 SMTP 服务80端口是 Web 服务器。应用程序收到组装好的原始数据以浏览器为例就会根据 HTTP 协议的Content-Length字段正确读出一段段的数据。这也意味着一次 TCP 通信可以包括多个 HTTP 通信。五、慢启动和 ACK服务器发送数据包当然越快越好最好一次性全发出去。但是发得太快就有可能丢包。带宽小、路由器过热、缓存溢出等许多因素都会导致丢包。线路不好的话发得越快丢得越多。最理想的状态是在线路允许的情况下达到最高速率。但是我们怎么知道对方线路的理想速率是多少呢答案就是慢慢试。TCP 协议为了做到效率与可靠性的统一设计了一个慢启动slow start机制。开始的时候发送得较慢然后根据丢包的情况调整速率如果不丢包就加快发送速度如果丢包就降低发送速度。Linux 内核里面设定了常量TCP_INIT_CWND刚开始通信的时候发送方一次性发送10个数据包即发送窗口的大小为10。然后停下来等待接收方的确认再继续发送。默认情况下接收方每收到两个 TCP 数据包就要发送一个确认消息。确认的英语是 acknowledgement所以这个确认消息就简称 ACK。ACK 携带两个信息。期待要收到下一个数据包的编号接收方的接收窗口的剩余容量发送方有了这两个信息再加上自己已经发出的数据包的最新编号就会推测出接收方大概的接收速度从而降低或增加发送速率。这被称为发送窗口这个窗口的大小是可变的。图片说明每个 ACK 都带有下一个数据包的编号以及接收窗口的剩余容量。双方都会发送 ACK。注意由于 TCP 通信是双向的所以双方都需要发送 ACK。两方的窗口大小很可能是不一样的。而且 ACK 只是很简单的几个字段通常与数据合并在一个数据包里面发送。图片说明上图一共4次通信。第一次通信A 主机发给B 主机的数据包编号是1长度是100字节因此第二次通信 B 主机的 ACK 编号是 1 100 101第三次通信 A 主机的数据包编号也是 101。同理第二次通信 B 主机发给 A 主机的数据包编号是1长度是200字节因此第三次通信 A 主机的 ACK 是201第四次通信 B 主机的数据包编号也是201。即使对于带宽很大、线路很好的连接TCP 也总是从10个数据包开始慢慢试过了一段时间以后才达到最高的传输速率。这就是 TCP 的慢启动。六、数据包的遗失处理TCP 协议可以保证数据通信的完整性这是怎么做到的前面说过每一个数据包都带有下一个数据包的编号。如果下一个数据包没有收到那么 ACK 的编号就不会发生变化。举例来说现在收到了4号包但是没有收到5号包。ACK 就会记录期待收到5号包。过了一段时间5号包收到了那么下一轮 ACK 会更新编号。如果5号包还是没收到但是收到了6号包或7号包那么 ACK 里面的编号不会变化总是显示5号包。这会导致大量重复内容的 ACK。如果发送方发现收到三个连续的重复 ACK或者超时了还没有收到任何 ACK就会确认丢包即5号包遗失了从而再次发送这个包。通过这种机制TCP 保证了不会有数据包丢失。图片说明Host B 没有收到100号数据包会连续发出相同的 ACK触发 Host A 重发100号数据包。 回复「 篮球的大肚子」进入技术群聊回复「1024」获取1000G学习资料
