第七章 TCP协议详解.pdf

TCP 协议详解 本文描述了 TCP 协议，首先简单介绍了 TCP 完成了一些什么功能；介绍了 TCP 报文格式，以及典型报文的数据格式； 接着从链路控制和数据传输两个方面进行了介绍，在 TCP 中链路控制和数据传输是通过同一个通道进行的，并没有区分控制 通道和数据通道；在网络中传输数据（控制或真实数据），网络可能发生拥堵，因此接下来简单描述了主机端进行拥塞控制 所采取的方法，也简单提及了中间路由器/交换机进行拥塞避免所采取的主动措施；最后介绍了在 TCP 中性能分析的一些基 本概念点，在开发网络应用程序的时候，需要对应用的网络需求进行一个估计。 本文不是 TCP 的入门资料，阅读之前需要对TCP 有一些基本认识，如三次握手、四次挥手、滑动窗口等。 TCP 概述 通常说到 TCP ，我们都会很自然的想到其为上层提供了一个面向连接、可靠的、端到端的数据流服务，也通常用电话线 路来类比一个 TCP 连接。但这种类比对刚接触到 TCP 的人来说极易造成误会，我们需要仔细审视这些概念，你将会发现TCP 并不是那么面向连接的、也不是那么可靠的、数据也仍然是通过报文的方式进行传输的。实际上 TCP 是提供了一种 “尽力而 为”的数据传输模型；同时，它也提供了防止网络拥塞的主机端拥塞控制，试图去了解整个网络的状况，并采取合适的策略 （貌似不是TCP 应该干的事？）。 TCP 的连接并不是指一条实际的或虚拟的链路存在于数据交换的两端，而是指连接的双方都维护了一些资源（如输入输 出缓冲区、多种定时器）以及链路状态的信息，并通过双方的控制报文交互管理状态、向用户提供接口修改这些资源的分配。 在 “连接控制”小节，我们将会仔细审视资源和状态（包括控制状态的报文），若控制报文丢失，那么连接就会处于一种不 一致状态，TCP 通过一些手段去试图解决这些问题（如持活定时器、保持定时器等等）。 TCP 提供了可靠的数据传输服务，其采取的措施是对控制报文和数据报文进行确认、并在超时之后进行重传；并利用滑 动窗口协议解决数据数传乱序、收发双方进行流量控制。具体来说就是，对于发送方，TCP 按照其认为最合适的长度发送数 据报文，并在发出报文之后，启动一个定时器，等待数据的确认报文，若定时器超时后仍没有收到确认报文，则重传该报文； 对于接收方，收到数据后，首先检查报文校验和，错误则直接丢弃该报文，不确认（发送端会注意到这个事实，从而重传）； 收到重复报文，丢弃，不确认；通过双方维护的滑动窗口，TCP 会将乱序报文排好序后才提交给上层应用程序。需要注意的 是，流量控制与拥塞控制并不是同一回事，流量控制的目的在于防止发送端发送大量数据，超过接收端的处理能力，从而导 致丢包等；拥塞控制则在于防止网络中发生拥堵，中间路由器或交换机丢弃报文的情况。 TCP 提供数据流服务，上层应用传给 TCP 的数据，TCP 并不加以区分，仅仅是按照自己的需求组合、拆分数据，然后 传送给对端，对端 TCP 协议栈再将数据以发送的顺序递交给上层应用。TCP 的数据传送仍然是以 IP 报文的方式发送到对端 的，每次尽力发送 MSS 大小的报文，在 “数据传输”小节我们会看到诸如 Nagle 算法、TCP_CORK 等对流中报文的控制。 TCP 本身并不提供报文边界之类的东西，但提供了紧急数据、PUSH 标志（并没有提供对外接口）等方式可以模拟报文。 通常，TCP 数据流的划分是应用程序的事，应用程序定义好格式，并自己解析，常见的方案有：  先传输固定大小的报文长度字段；  按行进行分割（或其他分隔符）；  固定长度记录；  各种编码方案，如 xml、json 、ASN.1、tlv 等。 1 / 6 TCP 报文 TCP 报文格式 TCP 报文最终是由 IP 层发送出去的，封装报文如下： TCP 报文格式如下： 通常使用一个四元组唯一的表示一个 TCP 连接(client-ip, client-port, server-ip, server-port) ，但需要注意以下事实：  监听服务器在 server-port 窗口接受来自客户端的连接，并 fork 一个子进程处理连接，此时，该四元组却在服务器 对应了两个进程（监听进程只处理 SYN 报文，而子进程却只能处理数据报文和 FIN 等）；  连接的化身，这在后面会详细描述。