tcp可靠吗(tcp为了实现可靠服务,采用了)

本文主要内容1、TCP数据包格式TCP数据包格式如下：注意到中间还有几个标志位：数据包格式当中，最重要的是理解序号和确认序号。TCP为什么是稳定可靠的，与序号与确认序号这套机制紧密相关，这也是TCP的精髓。2、TCP的三次握手众所周知，TCP协议是可靠的，而UDP协议是不可靠的。在一些场景中必须用TCP，比如说用户登录，必须给出明确答复是否登录成功等。而有些场景中，用户是否接收到数据则不那么关键，比如网络游戏当中，玩家射出一颗子弹，另外的玩家是否看到，完全取决于当前网络环境，如果网络卡顿，就会有玩家已经被射杀，但界面仍然刷新不出来的情况。这种情形适合UDP。为了保证TCP协议可靠，在建立连接之时就要得到保证。最初两端的TCP进程都处于CLOSED关闭状态，A主动打开连接，而B被动打开连接。（A、B关闭状态CLOSED——B收听状态LISTEN——A同步已发送状态SYN-SENT——B同步收到状态SYN-RCVD——A、B连接已建立状态ESTABLISHED）B服务器进程就处于LISTEN（收听）状态，等待客户的连接请求。若有，则作出响应。3、TCP的传输和确认TCP 传输的可靠性，可以用一句话归结：每收到对方数据，就发送 ACK 进行确定，发送方发送后没有收到 ACK 就隔一段时间重发。就是 A 向 B 发送消息（下面将 TCP 的报文直接看做是消息，消息一词跟 TCP 报文混用），B 收到消息后需要向 A 发送 ACK。这个 ACK 相当于返回结果，没有返回结果，A 就重新发送消息。归纳起来，A 有 3 种消息需要确认。另外 A 也可以发送 RST 消息，代表出错了。出错消息不需要确认。RST 也可以当成返回接口，替代正常的 ACK。返回 ACK，表示消息发送并处理成功，返回 RST 表示消息处理失败。因为通过网络传输，还有第三种结果，就是不确定成功失败。这样归纳起来。就有三种返回结果。这两种具体情况，A 根本识别不了，都只能重发。4、TCP的序号和确认序号A 向 B 发送消息，假如同时发送 a、b、c、d 消息，因为通过网络，这些消息的顺序并非固定的。而 B 返回 ACK 结果，这样就有一个问题，这个结果到底对应了哪个消息？另外当 A 超时重发后，原来的消息延时一段时候，又重新到达了 B，这样 B 就收到两条相同的消息，那么 B 怎么确定这两条消息是相同的呢？为了解决这个对应问题，每一条消息都需要有一个编号，返回结果也应该有一个编号。TCP 的序号可以看成是发送消息的编号，确认序号可以看成是返回结果的编号。有了编号，重复的消息才可以忽略，返回结果(ACK)才可以跟消息对应起来。当建立连接的时候，TCP 选定一个初始序号，之后每发送一个数据包（消息），就将序号递增，保证每发送不同的数据包，数据包的序号都是不同的。TCP 是这样处理的：SYN、FIN 也需要递增序号。不然 A 向 B 重发多个 SYN 或者 FIN, B 根本判断不了 SYN 是否相同，这样就不可以忽略重复的数据包了。当 TCP 发送 ACK 时，相当于返回结果，需要带有确认序号，以便跟发送的消息对应起来。当发送包编号为 a，递增长度为 len。其中 SYN 和 FIN 可以看成是递增长度为 1。这条消息可以这样表示为：现在来回顾三次握手过程。 A 发送序列号x给 B ， B 回复 A 确认号 x+ 1，同时发送序列号 y， A 接收到 B 的回复后，再回复确认号 y+1，同时发送序列号 x+1。给对方的回复一定是接收到的序号加1（或者是数据长度），这样对方才能知道我已经收到了，这样才能保证TCP是可靠的。

TCP IP协议是互联网传输的基本协议，还是非常可靠的。

1、检验和 TCP检验和的计算与UDP一样，在计算时要加上12byte的伪首部，检验范围包括TCP首部及数据部分，但是UDP的检验和字段为可选的，而TCP中是必须有的。2、序列号TCP将每个字节的数据都进行了编号，这就是序列号。序列号的作用：数据传输过程中的确认应答处理、重发控制以及重复控制等功能都可以通过序列号来实现。TCP在发送数据时，并不是按顺序发送的，发送出去的数据包也不能保证按序到达（网络的不确定性）。接收端接收到数据之后，按序号排序，如果中间某个数据报丢失了，之后的数据报还是会被接收，但是不会对发送端返回之后的确认，而是会重复发送对丢失出之前的数据确认，保证发送端会对丢失的数据段进行重发。保证数据的按序组装TCP规定，在确认报文里，若确认号=N，意思是告诉发送者，到序号N-1为止的所有数据都已经正确的收到，下次你从N开始发送建立连接时，双方发送的SYN报文和ACK报文段都是不携带数据的，但是会消耗一个序号，这个序号通常是随机值TCP规定，首部中序号字段的值是本报文段发送数据的第一个字节的序号。3、确认应答机制（ACK）TCP通过确认应答机制实现可靠的数据传输。在TCP的首部中有一个标志位——ACK，此标志位表示确认号是否有效。接收方对于按序到达的数据会进行确认，当标志位ACK=1时确认首部的确认字段有效。进行确认时，确认字段值表示这个值之前的数据都已经按序到达了。而发送方如果收到了已发送的数据的确认报文，则继续传输下一部分数据；而如果等待了一定时间还没有收到确认报文就会启动重传机制。正常情况下的应答机制：4、超时重传机制当报文发出后在一定的时间内未收到接收方的确认，发送方就会进行重传（通常是在发出报文段后设定一个定时器，到点了还没有收到应答则进行重传），其基本过程如下：当然，未收到确认不一定就是发送的数据包丢了，还可能是确认的ACK丢了：当接收方接收到重复的数据时就将其丢掉，重新发送ACK。而要识别出重复的数据，就要用到前面提到的序列号了，利用序列号很容易就可以做到去重的效果。重传时间的确定：报文段发出到收到应答中间有一个报文段的往返时间RTT，显然超时重传时间RTO会略大于这个RTT，TCP会根据网络情况动态的计算RTT，即RTO是不断变化的。在Linux中，超时以500ms为单位进行控制，每次判定超时重发的超时时间都是500ms的整数倍。其规律为：如果重发一次仍得不到应答，就等待2500ms后再进行重传，如果仍然得不到应答就等待4500ms后重传，依次类推，以指数形式递增，重传次数累计到一定次数后，TCP认为网络或对端主机出现异常，就会强行关闭连接。超时重传的过程：放置片段到重传队列中，启动计时器：TCP在发送包含数据的片段后，片段都会被复制一份并放在重传队列中，然后启动计时器。确认处理：如果在计时器超时之前收到确认信息，就把该片段从重传队列中移除超时重传：如果在计时器超时之前没有收到确认信息，则相应片段被重新发送给对方，即重传机制，但是TCP也不能保证重传报文的可靠性，所以该报文依然会处于重传队列中，并重新计时，如果还是超时，则重复这一动作，而且超时时间会设置的较之前长，但是TCP只会重传一定数量的次数，因此当超过这个次数时，TCP会检查故障并断开连接这个等待的时间被称为RTO，RTO也是根据RTT（传输往返时间）来确定的，也和当时网络的状态有关系，需要通过具体算法实现，不是确定值如果超时时间设置的太长，会影响整体的重传效率如果超时时间设置的太短，会频繁发送很多重复的包去重：当主机B的确认报文丢失时，主机A没有收到相应的确认报文，就会重传，主机B会收到重复的报文，TCP会根据报文中的序列号来移除重复收到的报文。5、连接管理机制连接管理机制即TCP建立连接时的三次握手和断开连接时的四次挥手。 首先三次握手：

TCP在不可靠的IP上面实现了一些防错机制，如超时重传、双方确认等，这样使用TCP的上层协议不必考虑数据是否可靠，在TCP的实现上已经帮助解决了这个问题 而UDP本身是不可靠的，他不需要双方确认数据是否传输成功，但基于UDP的上层协议也可以是可靠的，但需要上层协议来实现这种可靠性，所以UDP本身不可靠

在多线程任务中，TCP任务通过三次握手能建立可靠的连接，但是经常会发生在数据传输或通信时发生网络突然断开或者长时间连接空循环监听而未进行操作，需要在软件设计时考虑程序运行中检测到服务器对客户端的这一“虚连接”现象。 如果主机崩溃，write是否阻塞取决于内核的tcp缓冲区，但read将一直阻塞，直到超时ETIMEOUT，或由于某些中间路由器的原因返回EHOSTUNREACH/ENETUNREACH。select不能检测到该情况。如果主机崩溃并重起，客户的write到达主机时主机响应RST，客户的read将返ECONNRESET。此处的”非正常断开”指TCP连接不是以优雅的方式断开,如网线故障等物理链路的原因,还有突然主机断电等原因。心跳机制有两种方法可以检测:1.TCP连接双方定时发握手消息2.利用TCP协议栈中的KeepAlive探测第二种方法简单可靠,只需对TCP连接两个Socket设定KeepAlive探测,所以本文只讲第二种方法在Linux,Window2000下的实现(在其它的平台上没有作进一步的测试)1）Windows平台C代码//定义结构及宏struct TCP_KEEPALIVE {u_longonoff;u_longkeepalivetime;u_longkeepaliveinterval;} ;#define SIO_KEEPALIVE_VALS _WSAIOW(IOC_VENDOR,4)//KeepAlive实现TCP_KEEPALIVE inKeepAlive = {0}; //输入参数unsigned long ulInLen = sizeof(TCP_KEEPALIVE);TCP_KEEPALIVE outKeepAlive = {0}; //输出参数unsigned long ulOutLen = sizeof(TCP_KEEPALIVE);unsigned long ulBytesReturn = 0;//设置socket的keep alive为5秒，并且发送次数为3次inKeepAlive.onoff = 1;inKeepAlive.keepaliveinterval = 5000; //两次KeepAlive探测间的时间间隔inKeepAlive.keepalivetime = 5000; //开始首次KeepAlive探测前的TCP空闭时间if (WSAIoctl((unsigned int)s, SIO_KEEPALIVE_VALS,(LPVOID)&inKeepAlive, ulInLen,(LPVOID)&outKeepAlive, ulOutLen,&ulBytesReturn, NULL, NULL) == SOCKET_ERROR){ACE_DEBUG ((LM_INFO,ACE_TEXT ("(%P|%t) WSAIoctl failed. error code(%d)!n"), WSAGetLastError()));}//定义结构及宏 struct TCP_KEEPALIVE { u_longonoff; u_longkeepalivetime; u_longkeepaliveinterval; } ; #define SIO_KEEPALIVE_VALS _WSAIOW(IOC_VENDOR,4) //KeepAlive实现 TCP_KEEPALIVE inKeepAlive = {0}; //输入参数 unsigned long ulInLen = sizeof(TCP_KEEPALIVE); TCP_KEEPALIVE outKeepAlive = {0}; //输出参数 unsigned long ulOutLen = sizeof(TCP_KEEPALIVE); unsigned long ulBytesReturn = 0; //设置socket的keep alive为5秒，并且发送次数为3次 inKeepAlive.onoff = 1; inKeepAlive.keepaliveinterval = 5000; //两次KeepAlive探测间的时间间隔 inKeepAlive.keepalivetime = 5000; //开始首次KeepAlive探测前的TCP空闭时间 if (WSAIoctl((unsigned int)s, SIO_KEEPALIVE_VALS, (LPVOID)&inKeepAlive, ulInLen, (LPVOID)&outKeepAlive, ulOutLen, &ulBytesReturn, NULL, NULL) == SOCKET_ERROR) { ACE_DEBUG ((LM_INFO, ACE_TEXT ("(%P|%t) WSAIoctl failed. error code(%d)!n"), WSAGetLastError())); }2）Linux平台C代码#include……////KeepAlive实现//下面代码要求有ACE,如果没有包含ACE,则请把用到的ACE函数改成linux相应的接口int keepAlive = 1;//设定KeepAliveint keepIdle = 5;//开始首次KeepAlive探测前的TCP空闭时间int keepInterval = 5;//两次KeepAlive探测间的时间间隔int keepCount = 3;//判定断开前的KeepAlive探测次数if(setsockopt(s,SOL_SOCKET,SO_KEEPALIVE,(void*)&keepAlive,sizeof(keepAlive)) == -1){ACE_DEBUG ((LM_INFO,ACE_TEXT ("(%P|%t) setsockopt SO_KEEPALIVE error!n")));}if(setsockopt(s,SOL_TCP,TCP_KEEPIDLE,(void *)&keepIdle,sizeof(keepIdle)) == -1){ACE_DEBUG ((LM_INFO,ACE_TEXT ("(%P|%t) setsockopt TCP_KEEPIDLE error!n")));}if(setsockopt(s,SOL_TCP,TCP_KEEPINTVL,(void *)&keepInterval,sizeof(keepInterval)) == -1){ACE_DEBUG ((LM_INFO,ACE_TEXT ("(%P|%t) setsockopt TCP_KEEPINTVL error!n")));}if(setsockopt(s,SOL_TCP,TCP_KEEPCNT,(void *)&keepCount,sizeof(keepCount)) == -1){ACE_DEBUG ((LM_INFO,ACE_TEXT ("(%P|%t)setsockopt TCP_KEEPCNT error!n")));}心跳机制：定时发送一个自定义的结构体(心跳包)，让对方知道自己还活着，以确保连接的有效性。网络中的接收和发送数据都是使用WINDOWS中的SOCKET进行实现。但是如果此套接字已经断开，那发送数据和接收数据的时候就一定会有问题。可是如何判断这个套接字是否还可以使用呢？这个就需要在系统中创建心跳机制。其实TCP中已经为我们实现了一个叫做心跳的机制。如果你设置了心跳，那TCP就会在一定的时间（比如你设置的是3秒钟）内发送你设置的次数的心跳（比如说2次），并且此信息不会影响你自己定义的协议。所谓“心跳”就是定时发送一个自定义的结构体（心跳包或心跳帧），让对方知道自己“在线”。以确保链接的有效性。所谓的心跳包就是客户端定时发送简单的信息给服务器端告诉它我还在而已。代码就是每隔几分钟发送一个固定信息给服务端，服务端收到后回复一个固定信息如果服务端几分钟内没有收到客户端信息则视客户端断开。比如有些通信软件长时间不使用，要想知道它的状态是在线还是离线就需要心跳包，定时发包收包。发包方：可以是客户也可以是服务端，看哪边实现方便合理。一般是客户端。服务器也可以定时轮询发心跳下去。心跳包之所以叫心跳包是因为：它像心跳一样每隔固定时间发一次，以此来告诉服务器，这个客户端还活着。事实上这是为了保持长连接，至于这个包的内容，是没有什么特别规定的，不过一般都是很小的包，或者只包含包头的一个空包。在TCP的机制里面，本身是存在有心跳包的机制的，也就是TCP的选项。系统默认是设置的是2小时的心跳频率。但是它检查不到机器断电、网线拔出、防火墙这些断线。而且逻辑层处理断线可能也不是那么好处理。一般，如果只是用于保活还是可以的。心跳包一般来说都是在逻辑层发送空的包来实现的。下一个定时器，在一定时间间隔下发送一个空包给客户端，然后客户端反馈一个同样的空包回来，服务器如果在一定时间内收不到客户端发送过来的反馈包，那就只有认定说掉线了。只需要send或者recv一下，如果结果为零，则为掉线。但是，在长连接下，有可能很长一段时间都没有数据往来。理论上说，这个连接是一直保持连接的，但是实际情况中，如果中间节点出现什么故障是难以知道的。更要命的是，有的节点（防火墙）会自动把一定时间之内没有数据交互的连接给断掉。在这个时候，就需要我们的心跳包了，用于维持长连接，保活。在获知了断线之后，服务器逻辑可能需要做一些事情，比如断线后的数据清理呀，重新连接呀当然，这个自然是要由逻辑层根据需求去做了。总的来说，心跳包主要也就是用于长连接的保活和断线处理。一般的应用下，判定时间在30-40秒比较不错。如果实在要求高，那就在6-9秒。TCP连接异常断开后操作系统会告诉你，你查询套接字的状态会得到异常，或者当发现函数失败WSAGetLastError的时候也会得到内核的通知。// 发送回应消息int nSend = Send4IntMsg(sock, (char*)(LPCTSTR)strSendBuf,strSendBuf.GetLength(), errMsg);if (nSend < 0) //发送消息失败closesocket(sock);//重新连接 在B/S编程和UDP编程时才用到心跳。比如定期向web服务器发一个request证明自己在线。http协议是请求一下就断开了，每次都要重新连接，重新请求，这种情况下才有必要用心跳机制。一般的TCP通信都是长连接，不可能频繁连接和断开。对于长期保持连接的情况，一旦断开，操作系统底层都会通知你，你需要解决的是如何获取到系统的通知。