闭关修炼---网络原理之TCP协议
最后更新：2022-07-24 13:16:46 手机定位技术交流文章
TCP 协议段格式
这图很重要！这图很重要！这图很重要！ 重要的事说三遍，之后的TCP机制都是依靠这张图讲解。
1.源
/
目的端口号：
指示数据来自哪个进程和哪个进程;
2.32
位序号
/32位确认号：
发送的数据编号——序列号(Sequence Number) SN
发送的第一个字节的SN一般不是0，而是一个随机值。初始序列号(Initial SN) ISN
确认的数据编号——确认序列号(Acknowledge Sequence Number) ASN
3.4
位
TCP
报头长度：表示该
TCP
头部有多少个
32
位
bit
（有多少个
4
字节）；所以
TCP
最大头长为15*4=60
4.6
位标志位
:
URG: 紧急针是否有效?
ACK:确认号是否有效
PSH:提示接收程序立即从TCP缓冲器读取数据
RST:另一方要求重新建立连接;我们指的是载有RST标识符的多个消息段
SYN:请求建立连接;我们叫带有SYN标识符的同步消息段
FIN:通知对方端口要关闭,我们说携带 FIN标识符是段落的结尾
TCP原理
一、安全机制
①确认应答机制
该机制与序列号SN、认证序列号ASN、以及认证号是否有效ACK有关。
因为TCP协议即需要扮演了发送者（send Segment）的角色，同时还需要扮演接收者（acknowledge segment）的角色，为了TCP身兼两种不同的角色，在TCP设计之初就有一个 标志位（ACK）， 在角色需要转换时扮演一个角色.
ACK == 1开关打开 ACK == 0开关关闭
ASN表示确认响应序列,假设A发送100数据给B,而B的确认响应始于该数据的下一个字母。 如果100数据是1到100,确认答案应以1001开始。 ASN只有在ACK==1上才有意义。
以下图示了具体的响应过程:
为什么ISN不设置从O开始,而是使用随机值?
从安全的角度来看,如果ISN设计开始为O,那么恶意用户很容易推导合法SN的价值
伪造TCP SN的成本很低,使用随机值可以相对避免这种情况。
②超时重传机制
关于重传
没有收到答复可能有两个原因。
1.收件人没有收到,所以没有答复。
数据还在路上,但还没有到达一段时间(可能是由于网络延迟)
数据在途中丢失了,而且永远不可能到达那里。
2.收件人收到了,但没有收到答复。
答复仍在进行中,但目前尚未收到
b.应答丢失。
上面的1.b和2.b这种麻烦不需要,直接重发就可以了。因为有SN的存在，即使你重复了一遍, 就把它扔掉.同里，有ASN的存在，不管你是否再次得到ACK。这里需要强调的ACK是一个国家,无论收到多少次，ACK只有两个状态的开关,如果你收到太多, 扔掉它不会影响你的反应.
但1.A和2.a超时重复机制需要解决。
在A服务器发送数据到B服务器后,由于网络拥塞等原因,数据可能无法到达B服务器;
如果宿主A在指定的时间间隔内不收到宿主B的确认响应,则会重复;
但是，主机
A
未收到
B
发出的确认还可能因
ACK
丢失了；
因此主机
B
将有许多重复数据。
TCP
该协议需要能够识别这些数据包为重复数据包和丢弃重复数据包。在此点,我们可以使用上面提到的序列数目,并很容易实现重权效应。
那么你如何确定时间是否过时?
首先,找出最低限度的时间来确保“确认的答复必须在该限度内返回”。
B.但是这个时间的长短，随着网络环境的不同，是有差异的。
C.如果超时设置太长,会影响转播效率的整体;
D.如果超时设置太短,则有可能经常发送重复的包;
TCP
为了确保在任何环境中都能实现高性能通信,最大加班时间是动态计算的。
A.在Linux(如BSDUnix和Windows)中,超时由500ms的单位控制,每当一个超时重复被确定时,超时时间是500ms的整数。
B.如果再传输后仍然没有响应,等待2*500ms再传输。
因为TCP要做到确认应答机制（超时重传机制),TCP已发送出去的数据，需要保留。在应答之前，这些数据暂时都要留着，用来在超时时进行重传。TCP有一个发送缓冲区,为了暂时保存发送的未响应的数据,同时由于接收的数据,应用程序层不一定能理解所有数据。因此TCP也接收缓冲器。
应用层使用TCP进行数据发送，本次发送成功，代表:数据放在本机TCP的发送缓冲区中，数据有没有发出去还不一定。这就好比我去寄快递，东西已经交给快递员了，他什么时候发车我还不知道。
③连接管理机制
1.作为服务器上的TCP,它需要:每个TCP有一个内部网络来维护数据集:它们至少由ISN、当前SN、当前ASN、发送缓冲区、接收缓冲区和五元组信息组成。
2.TCP互交换一些信息
在正式的数据通信之前，需要和对方(TCP）进行一定的同步(synchronize）操作。A把主机的一些初识重要信息告诉了B，收到应答对于A而言也就知道了B的存在。
由于以上两点原因，所有就有了TCP连接(Connection)的概念，以及连接管理整个寿命周期。
基于TCP连接的概念,提取了著名的鼎鼎的三个手!
逻辑上,连接管理机制需要四个通知,这比两个人自我介绍好。
首先介绍(一次),听完之后说你好(第二次),
B再次引入(三次),B完成后,A再次问好(四次)。
在实际生活中自我介绍，A介绍完，B可以同时完成问好和自我介绍，这就做到了合并。在网络中为了减少发请求的次数提高效率，会把第二步和第三步合并发送，TCP 的 Segment 中本身就包含了SYN和ACK标记位置,可以实现联合发送。
1.无法为第一个同步传输数据(不能确认连接已成功建立)
2.第二 syn + ack,不能传输数据(如果传输数据增加发送费用,但失败,所以在协议设计时禁止传输数据)
第三个问题:可以携带数据(但不是强制性)
注意：
尽管没有数据,SYN也占有序列数。
假设A的ISN 初始序列号 为 a； B的ISN初始序列号为 b
第一次发送：syn len=0 SN=a ASN=0
第二次发送：syn + ack len=0 SN=b ASN=a+1
第三次发送：ack len>=0 SN=a+1 ASN=b+1
数以千计的词语不能真实,只有实践才能知道真相。
以上为TCP的分段协议格式化部分,接下来,比较TCP协议格式化图来写数据。 这里,使用科学计算机可转换16位数字系统为2位数字和10位数字系统。
| 十六进制 | 十进制 | 二进制 |
| 源端口号 | 0xe542 | 58690 |
| 目的端口号 | 0x22b8 | 8888 |
| SN | 0xb1e9b0e0 | 这个数不等于获得相对值。 |
| ASN | 0x00000000 | 0 |
| 首部长度 | 0x8 | 8*4 = 32 |
| 保留位置 (6) + 签名位置 (6) | 0x002 | 0b000000 0 0 0 0 1 0 |
找到相应的TCP协议格式 SYN = 1并不困难。
然后看看后问题022*16=32的数据 字节,与第一个部长级完全相同(整个分区为32字节),可以在没有传输数据的情况下获得。
④流量控制
接收器处理数据的速度是有限的,如果发送器发送太快,接收器缓冲区就会被填满,如果发送器继续发送,一个数据包就会丢失,导致一系列链路反应,如数据包重传输。
因为TCP存在于缓存中,设想一下,如果TCP发送器一直在发送,超过接受缓冲区的最大容量,这时很明显,它已经满了,但发件人仍然发送,这将导致TCP的性能下降。就像一个物体粘在传输带上一样。但货物的后部仍然很难运输,所以除了增加传送带的拥挤,没有一点好处。提出了流程控制的概念。
因此TCP
支持根据接收端的处理能力决定发送器的发送速度。
流量控制（Flow Control）；
流量控制(广义)：TCP的发送端会根据对方接收能力和网络承载能力，动态地调节自己的发送流量。——提高到达率
流量控制(狭义)：Flow Control ——根据对方的接收能力来调节
这里Flow Control流量控制来举例子如果你想解决这个问题,你只需要解决以下三个问题:
1.你需要了解对象的接收能力,最好是实时。
我们需要有人告诉我们。 在议会标题中,把接收器的能力传递给发送者。
在文章开头的TCP协议分段格式图中,有一个头条 窗口字段。 发送segment 的时候，就已经把自己的接收能力(接收窗口)填写到segment header 的窗口字段中，发送给对方。
接收窗口≈接收缓冲大小-使用大小(接收数据目前未被应用程序层读取)
e.g.
2.怎末拿到对方的接收能力？ --> 发送流量
最大发送者=另一方接收窗口
在上面的例子中,对于最大20k,发送者发送最大20k
3.用于控制传输数据的数量的哪些机制?-滑窗机制
⑤滑窗机制
1)应用层发送的数据首先放在接收缓冲区,接收器返回响应并接收应用层发送的数据。
2）但是接收窗口是一定的，而且应答发送的数据接收也不是一次性的，这就会有一种情况：应用层传入的数据（这一次的数据 + 上一次没有处理完的的数据）大于窗口大小。
3)此时会发生拥挤和性能会发生变化,它还需要上面提到的流量控制,此时窗口会向右移动,并且窗口的大小将改变到以前没有发送的数据大小。
4）需要注意的是：滑动窗口的大小 一定小于原本接收方的窗口大小。
具体流程如下图。
TCP接收缓冲区接收数据转换图
⑥拥塞控制
拥塞控制Congestion Control ——根据网络的承载能力来调节
⑦延迟应答
⑧捎带应答
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