- 前言
- 一. 特点&目的
- 二. 实现可靠性的手段
- 1. 序列号(`Seq`) + 确认应答(`ACK`)
- 2. 连接管理
- 3. 以段为单位发数据
- 4. 重发超时
- 5. 窗口控制 -- 提速
- 6. 窗口控制 + 重发控制
- 7. 流控制
- 8. 拥塞控制
- 三. 提高网络利用率的规范
- 1. Nagle 算法
- 2. 延迟确认应答 - 较优处理机制
- 3. 捎带应答
- 四. 首部格式
- 1. TCP数据包格式
- 2. 控制位
- 3. 校验和
- 结束
一. 特点&目的特别写在前面
本文仅用学习记录及分享,不做他用.
如有不妥,请告知
二. 实现可靠性的手段充分的实现了数据传输时的各种控制功能
- 可以在丢包时进行重发控制
- 可调节次序乱掉的数据包进行顺序控制
- 可以控制通信中流量,防止浪费
1. 序列号(Seq) + 确认应答(ACK)
- 校验和
- 序列号
- 确认应答
- 重发控制
- 连接管理
- 窗口控制
- …
- 序列号 - Seq – (序号)
- 字长32位
- 指发送数据的位置
- 每发送一次数据,累加一次该字节数据
注意
建立连接和断开连接 发送的 SYN 和 FIN 数据包
虽不携带数据,但也会使 该字节+1
- 确认应答号 - ACK
- 字段长32位
- 指下一次应该收到的数据的序列号
- 发送端收到的确认应答号,表示此序列号之前的所有数据已正常接收
( 开始握手第一包 ACK == 0 , Seq == 0 )–Client ( 开始握手第二包 ACK == 1 , Seq == 0 )–Serve > 一旦 - 回应上一包数据 - 确认接收后 > 下一包数据的 Seq = 当前ACK > 下一包数据的 ACK + 1
两种异常情况
- 数据包丢失
- 当数据包丢失后,一段时间后 发送端 未收 接收端 返回的 ACK ,发送方 认为数据没有到, 重发控制 触发
- 确认应答丢失
- 发送端 没有收到 接受端 ACK 可能 仅仅 ACK丢失,数据正常传输
- 一段时间后 重发
- 这时,需要 序列号(Seq) + 确认应答(ACK) 判断是否需要丢掉重复数据
- 请求连接 - SYN
- 断开连接 - FIN
3. 以段为单位发数据TCP 通信
三次"握手" , 四次"挥手"
正常通信过程 至少 来回 7个数据包 才能完成
MSS - 最大消息长度
最理想的情况
MSS 正好等于 IP 中不会被分片处理的最大长度
在开始通信时,双端都会产生一个MSS,会选择一个较小的值投入使用
4. 重发超时重发超时 – 重发数据之前的等待时间
在每次数据往返时都要进行往返时间 和 偏差 的计算
一般超时都以 0.5秒 为单位进行控制,所以重发超时都是 0.5s 的整数倍
最初的数据包还不知道往返时间,故其往返时间设置为 6s左右
如若 重发超时 后再次 发送 后,超时会以 2 , 4 倍 的 指函数 增长
重发一定次数后 通信终止
5. 窗口控制 – 提速重发超时 会随着发送的数据量 动态调整
以一段数据为单位发送,每段数据应答
- 时间长
- 性能低
滑动窗口 + 缓存区
6. 窗口控制 + 重发控制窗口大小 – 无需等待确认应答,但可以继续发送数据的 最大值 ( 图中窗口大小为四段 )
该机制的实现使用了大量 缓存区 ,对多端数据 同时 进行 确认应答
应答未返回时
- 运用了窗口控制后 无需再次发送
7. 流控制报文丢失时
- 发送主机如果 重复收到3次 同一个应答信号
- 表示该部分数据丢失,重发
这种模式被称为 高速重发控制
机制
接收端 发送窗口大小值给 发送端
发送端 根据 接收端 自身实际接收能力去 控制 发送的数据量
如上图 1. 主机B 从 3001号后的缓存区即满 -- 停止接收数据 2. 主机A 重发超时 了,也没有收到应答信号 3. 主机A 发送 窗口探测 ... ... ...( 随时发一包 探测此时窗口大小 ) 4. 直到 主机B 窗口更新 通知给 主机A , 通信再次开始8. 拥塞控制
三. 提高网络利用率的规范 1. Nagle 算法防止网络过度 拥堵 而崩溃
通信一开始 通过 慢启动算法 得出 慢启动阀值 ,对 发送端 进行控制
以免造成连续发包 – (爆发) 造成的网络拥堵
只有 同时 满足下列两个条件 ,才能进行 数据传输
- 已发的数据都被接收
- 可以发送最大段长度MSS的数据
2. 延迟确认应答 - 较优处理机制虽然可以提高网络的利用率
但是会造成网络延时
在 窗口系统 或 机械控制等领域 使用 tcp 时,会 关闭该算法
能够提高网络利用率
降低计算机处理负荷
3. 捎带应答实现机制
- 在没有收到 2xMSS 的数据为止 ,不做确认应答 - ACK
- 一些操作系统会规定
- 无论数据大小 , 两个包即刻应答- 其他情况下 , 最大延迟 0.5s 回复确认信号
- 很多操作系统设置为 0.2s 左右
四. 首部格式 1. TCP数据包格式前提开启 延迟确认应答 才能实现
减少收发数据量
| 名词 | 长度 | 解释 |
|---|---|---|
| 源端口号 - Source Port | 16bit | 发送端端口 |
| 目标端口号 - Destination Port | 16bit | 接收端端口 |
| 序列号 - Seq ( 计算机随机数 ) | 32bit | 发送数据的位置 , 没成功发送一次 累计+1 |
| 确认应答号 - ACK | 32bit | 下次应收到的数据的系列号 |
| 数据偏移 - Data Offset | 32bit | 表示数据部分应该从哪里算起 ==5 ,表示从源端口号到 4x5=20 个字节后都为数据部分 |
| 保留 - Reserved | 32bit | 用于后期扩展 , 一般为0 |
| 控制位 - Control Flag | 8bit | 见下文控制位表格 |
| 窗口大小 - Windows Size | 16bit | 表示从 确认应答信号 开始的位置算起 ,能够接收的 数据大小 ( 8bit ) ==0 表示可以发送窗口探测 能够接收的 数据大小 必须 1Byte |
| 校验和 - Checksum | - | 见后文 |
| 紧急指针 - Urgent Pointer | 16bit | 控制位 - URG == 1 有效 紧急数据 - 从 数据首位 到 紧急指针 为止 同时也用作数据流分段标志 |
| 选项 - Options | max == 40byte | 用于提高传输性能 长度和数据偏移有关 |
| 第几位 | 名称 | 用途 |
|---|---|---|
| No.8 | CWR | CWR + ECE 用于 IP的 ECN 字段 ==1 通知 对方 拥塞窗口 已缩小 |
| No.9 | ECE | IP的 ECN == 1 时 ECE == 1 告知对方网络拥堵 |
| No.10 | URG | ==1 包中有 紧急处理 的数据 |
| No.11 | ACK | ==1 确认应答字段有效 |
| No.12 | PSH | ==1 数据立刻上传应用层 ==0 缓存 |
| No.13 | RST | ==1 出现异常,强制断开 |
| No.14 | SYN | ==1 希望建立连接 并在 序列号字段 进行 序列号 初始值设定 |
| No.15 | FIN | ==1 希望断开连接,之后不会再发送数据 |
为了提供 可靠的 TCP 首部 和 数据
TCP首部校验和计算三部分：TCP首部 + TCP数据 + TCP伪首部
TCP伪首部
结束参考
(1条消息) IP首部校验和计算及1的补码_cradmin的专栏-CSDN博客
(1条消息) tcp/udp校验和以及伪首部介绍_nice_wen的博客-CSDN博客_tcp 伪首部
TCP头校验和计算算法详解 - RodYang - 博客园 (cnblogs.com)
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