探究TCP

OSI

OSI是Open System Interconnection的缩写,意为开放式系统互联。国际标准化组织(ISO)制定了OSI模型,该模型定义了不同计算机互联的标准,是设计和描述计算机网络通信的基本框架。OSI模型把网络通信的工作分为7层,分别是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。

探究TCP

其中TCP处理transport层,主要是用来建立可靠的连接。 而建立连接的基础

TCP

TCP(Transmission Control Protocol 传输控制协议)是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议

应用层向TCP层发送用于网间传输的、用8位字节表示的数据流,然后TCP把数据流分区成适当长度的报文段(通常受该计算机连接的网络的数据链路层的最大传输单元的限制)。之后TCP把结果包传给IP层,由它来通过网络将包传送给接收端实体的TCP层。TCP为了保证不发生丢包,就给每个包一个序号,同时序号也保证了传送到接收端实体的包的按序接收。然后接收端实体对已成功收到的包发回一个相应的确认(ACK);如果发送端实体在合理的往返时延(RTT)内未收到确认,那么对应的数据包就被假设为已丢失将会被进行重传。TCP用一个校验和函数来检验数据是否有错误;在发送和接收时都要计算校验和。

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  • Source Port / Destination Port:这个就是客户端口(源端口)和服务器端口(目的端口).端口就是用来区别主机中的不同进程,通过结合源IP和目的IP结合,得出唯一的TCP连接。

  • Sequence Number(seqNumber): 一般由客户端发送,用来表示报文段中第一个数据字节在数据流中的序号,主要用来解决网络包乱序的问题。

  • Acknowledgment Number(ACK): 即就是用来存放客户端发来的seqNumber的下一个信号(seqNumber+1). 只有当TCP flags中的ACK为1时才有效. 主要是用来解决不丢包的问题。

  • TCP flags: TCP中有6个首部,用来控制TCP连接的状态.取值为0,1.这6个有:URG,ACK,PSH,RST,SYN,FIN.

    • URG 当为1时,用来保证TCP连接不被中断, 并且将该次TCP内容数据的紧急程度提升(就是告诉电脑,你丫赶快把这个给resolve了)

    • ACK 通常是服务器端返回的。 用来表示应答是否有效。 1为有效,0为无效

    • PSH 表示,当数据包得到后,立马给应用程序使用(PUSH到最顶端)

    • RST 用来确保TCP连接的安全。 该flag用来表示 一个连接复位的请求。如果发生错误连接,则reset一次,重新连。当然也可以用来拒绝非法数据包。

    • SYN 同步的意思,通常是由客户端发送,用来建立连接的。第一次握手时: SYN:1 , ACK:0. 第二次握手时: SYN:1 ACK:1

    • FIN 用来表示是否结束该次TCP连接。 通常当你的数据发送完后,会自动带上FIN 然后断开连接

TCP三次握手——建立链接

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(图中flag说明:SYN包表示标志位syn=1,ACK包表示标志位ack=1,SYN+ACK包表示标志位syn=1,ack=1)

现在,我们来正式进入3次握手环节。

  • 第一次握手. 客户端向服务器发送一个SYN包,并且添加上seqNumber(假设为x),然后进入SYN_SEND状态,并且等待服务器的确认。

  • 第二次握手: 服务器接受SYN包,并且进行确认,如果该请求有效,则将TCP flags中的ACK 标志位置1,然后将AckNumber置为(seqNumber+1),并且再添加上自己的seqNumber(y),完成后,返回给客户端.服务器进入SYN_RECV状态.(这里服务端是发送SYN+ACK包)

  • 第三次握手 客户端接受ACK+SYN报文后,获取到服务器发送AckNumber(y), 并且将新头部的AckNumber变为(y+1).然后发送给服务器,完成TCP3次连接。此时服务器和客户端都进入ESTABLISHED状态.

为什么只有3次握手,而不是4次,或者2次?

假如是2次的话, 可能会出现这样一个情况。

当客户端发送一次请求A后,但是A在网络延迟了很久, 接着客户端又发送了一次B,但是此时A已经无效了。接着服务器相应了B,并返回TCP连接头,建立连接(这里就2次哈)。 然后,A 历经千山万水终于到服务器了,服务器一看有请求来了,则接受,由于一开始A带着的TCP格式都是正确的,那么服务器,理所应当的也返回成功连接的flag,但是,此时客户端已经判断该次请求无效,废弃了。然后服务器,就这么一直挂着(浪费资源),造成的一个问题是,md, 这个锅是谁的?所以,为了保险起见,再补充一次连接就可以了。所以3次是最合适的。在Chinese中,以3为起称为多,如果你用4,5,6,7,8...次的话,这不更浪费吗?

TCP四次握手——关闭链接

由于TCP连 接是全双工的,因此每个方向都必须单独进行关闭。这原则是当一方完成它的数据发送任务后就能发送一个FIN来终止这个方向的连接。收到一个 FIN只意味着这一方向上没有数据流动,一个TCP连接在收到一个FIN后仍能发送数据。首先进行关闭的一方将执行主动关闭,而另一方执行被动关闭。

  • TCP客 户端发送一个FIN,用来关闭客户到服务器的数据传送。
  • 服务器收到这个FIN,它发回一个ACK,确认序号为收到的序号加1。和SYN一样,一个FIN将占用一个序号。
  • 服务器关闭客户端的连接,发送一个FIN给客户端。
  • 客户段发回ACK报文确认,并将确认序号设置为收到序号加1。
    参考文章:《让你升级的网络知识》

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