TCP基础（1）

文章目录

• TCP和UDP
• 为什么要有TCP/IP 协议
• TCP（传输控制协议）
• • TCP 报文格式
  • 确认应答机制
  • 缓冲区

TCP和UDP协议发生在传输层
传输层主要处理：端到端的连接

TCP和UDP

UDP 是一个人面向 无连接的，可类比成写信，UDP发送写信到邮箱之后，对方不能够立即就可以收到，先后发送的信件也不一定是按照顺序接收，甚至里面信的内容有可能也不会完整

TCP可以类比成电话，我们拨打电话到对方接通，互相通话，结束后挂断，这些都能够完成，并且能够确认对方是否能够接收到数据，

为什么要有TCP/IP 协议

数据的IO操作，硬件的数据到另外一个硬件上面也是需要有协议的，在冯诺依曼体系中，也是设计一个硬件和一个硬件之间都是相互独立的，硬件之间的通信也都是需要协议（因为有“线”）
总线就是用来解决通信的问题

一个单处理器系统中的总线有三种

1. CPU 内部连接各个寄存器及其运算部件之间的总线，称为内部总线
2. CPU 同计算机系统的其他高速功能部件（存储器，通道等互相连接的总线），称为系统总线
3. 中，低速度IO设备之间互相连通的总线位，IO 总线

结论

• 在网络中的各个设备，各个电脑之间也是直接或者间接使用“线”来进行连接的
• 只不过网络中，“线”变的更长了，可以通信的距离变遥远了
• 因此一旦传输距离变长的话，就需要一些协议来保证数据可以可靠的到达

TCP（传输控制协议）

TCP在两个 端点（应用程序之间提供了 可靠的，面向 连接的，双向 字节流通信信道）

TCP端点：表示TCP连接一端的内核所维护的信息（通常会进一步对这个术语进行缩写），“一个TCP端点”或者“客户端TCP”来表示“客户端应用程序所维护的TCP端点”

TCP解包

TCP进行解包，

1. 先读取TCP报头固定的20个字节，获得4位 Data offset
2. 根据4位 offset计算出TCP整个报头的长度
3. 剩余的数据就是有效载荷

TCP分用

TCP实现交付给上层工作是由 16位目的端口

TCP 报文格式

• 1行就是4个字节
• TCP 标准长度 20个字节
• 4位首部长度[0000,1111]

• 32位序列号

  • TCP 连接中发送的每一个字节都是按照顺序进行编号，保证能够按序到达
  • 在TCP 建立连接的时候，为了保证可靠性和隐蔽性，第一个序列号是随机生成的，第一个序列号代表的就是SYN的编号，SYN和FIN各自都是有一个字节的，分别代表了发送的开始与结束
  • 此后发送的数据，依次按照从syn的序号开始进行排序编号

• 32位确认序号

  • 和32位序列号进行对应
  • 为历史上已经接收到的数据的序号+1=期望收到对方下一个报文段的序列号=已经读取的字节个数
  • 确认号为N，表示序号为N-1之前的数据 都已经正确收到了

• 首部长度
  里面记录的是报头长度
  基本单位是4字节，如果首部长度是1，那么实际长度就是1 * 4=4，表示TCP 头部有多少个32为bit（有多少个4字节），因为是4位所以TCP头部最大长度是（1111）15*4=60
  最小是固定20个字节,我们一般都是长度都是20，所以20/4=5，填充的是0101

所以当我们读取到一个完成的TCP报文，提取到前20个字节（标准长度），从里面分析到报文长度，确认报文是20个字节，剩余的就是有效载荷，提取，

• 窗口大小

表示自己接收缓冲区剩余的空间大小，要求对方发送数据的时候要考虑到这一点，这个值通常是变化的（16位）

• 校验和
  校验的范围包括首部和数据
  发送端填充CRC 校验，接收端校验不通过，则认为数据有问题

• 紧急指针
  指出了紧急数据的末尾在报文段中的位置,和URG搭配使用，
  因为TCP都是按序到达的，每一个报文，什么时候被上层读到都是确定的，
  如果想让一个数据尽快的被上层读取，可以设置URG：表明该报文携带了紧急数据，需要优先读取
  16位紧急指针就会指向对应的地址
  tcp的紧急指针只能传输1个字节

• 六位标志位

  • URG(urgent):为1代表了紧急指针有效,和16位紧急指针搭配使用
  • ACK:为1代表有效，连接建立后所有的报文ACK都是1，确认报文，几乎所有的TCP报文都会设置ACK
  • PSH(push)：告知对方尽快的将数据向上交付，避免缓冲区被打满了，发送方无法发送
  • RST(reset)：表明出现了严重差错，必须释放连接,重新建立xin d lianjie
  • SYN：为1代表了这是一个连接请求，链接请求报文
  • FIN：通知对方，本端要关闭了，我们称携带FIN 表示的为结束报文段，断开连接报文

server首先要面对的是，有大量的TCP报文，如何区分报文的类别
例如送外卖，普通外卖，美团，饿了吗怎么区分，不同的人有不同的策略

这些标志位可以用来区分不同种类的TCP报文

每个标志位都是一个bit，要么是0，要么是1

• 选项
  选项=首部长度-标长（20)
  60-20=40,选项的最大长度

确认应答机制

tcp并不是百分之百可靠的！因为总会遇到一条消息没有被应答,但是只要一条消息有应答，我们就能确认该消息被对方100%收到了,世界上不存在100%可靠的，因为不能确认它丢了还是被应答了

TCP可靠性的核心机制：确认应答机制，按序到达

1. 发送的数据对方收到并发送确认就保证了数据是发送成功的
2. 为了避免发送的数据出现混乱，使用序列号
3. 确认序号保证之前发送的数据发送成功，按序到达，确认是哪一个报文发送成功
4. 无论是数据还是应答，本质上都是：一个完整的tcp报文，可以不携带数据，但是一定是一个完整的tcp报文，源端口目的端口，这些都要有
5. 一个报文为什么既有序号又有确认号

   因为tcp是一个全双工的通信协议（我给你发消息的同时，你也可以给我发送消息），你在给我确认的时候，我也可以给你确认
   有可能是既有自己要发送的报文的序号，也同时有对对方报文的确认

通过确认应答机制能够保证我的历史数据被收到了

缓冲区

TCP协议，是自带发送和接收缓冲区的！（TCP malloc2段内存空间）

• write/send:与其叫做发送接口，不如理解成拷贝函数，send是把数据拷贝到TCP的发送缓冲区里面，接下来TCP 就把发送缓冲区里面的数据，直接发送给对方的接收缓冲区里面
• read/recv:与其叫做接收窗口，不如叫做拷贝函数，recv是把数据从TCP 的接收缓冲区里面拷贝到本地,有的时候会阻塞住，是因为缓冲区里面没数据，不是网络里面没数据

为什么要有缓冲区？

• 提高应用层效率：应用层把数据拷贝到缓冲区里面，就可以直接返回了,至于什么时候发送，怎么发送，我不关心
• 只有操作系统的TCP 协议可以知道网络及对方的状态信息，所以也就只有TCP协议，知道如何发，什么时候发，发多少，出错了怎么办？（传输控fa制协议）发送的细节应用层就不用管了
• 缓冲区的存在可以做到应用层和TCP进行解耦，各自做好各自的事即可

在第一次发送SYN 的时候{SYN，1000-》（标号）（0-》数据的大小） <mass 1460 （传输文件的大小上限）>}

1. 确认号+1 是因为在原来的序列号还要加上SYN这个标志位的大小
2. 三次握手完成在代码层面上的体现就是：accept（）和connect()成功执行返回，所以accept（）执行发出错误信号出来，或者connect都是没有建立成功
3. 普通报文不携带数据，不消耗序列号，所以后面再在传输的时候不会加上标志位，该多大就多大
4. 假如说客户端先发起关闭，第一次挥手断开连接（半关闭，有一端关了，另一端没有关闭第一次挥手），客户端如果还有数据就不能再发送了，相当于socket内部的写缓冲区关闭了，但是读缓冲区还留着
5. 后面服务器也要发起关闭，也要有两次挥手（半关闭是导致4次挥手的原因）
6. 半关闭并非是关套接字，而是关里面的写缓冲区，读缓冲区还没有关闭，
7. 数据会被分成段，如果一个段在到达时是存在错误的，这个段就会被丢弃，确认信息也不会发送，发送者在发送每一个段的时候，都会开启一个定时器，如果定时器超时之前没有收到确认，就会重传这个段，