互联网协议入门(三)
说明
互联网协议入门序列文章
- 互联网协议入门(一)
- 互联网协议入门(二)
TCP 是互联网核心协议之一,本文介绍它的基础知识。
一、TCP 协议的作用
互联网由一整套协议构成。TCP 只是其中的一层,有着自己的分工。
(图片说明:TCP 是以太网协议和 IP 协议的上层协议,也是应用层协议的下层协议。)
最底层的以太网协议(Ethernet)规定了电子信号如何组成数据包(packet),解决了子网内部的点对点通信。
(图片说明:以太网协议解决了局域网的点对点通信。)
但是,以太网协议不能解决多个局域网如何互通,这由 IP 协议解决。
(图片说明:IP 协议可以连接多个局域网。)
IP 协议定义了一套自己的地址规则,称为 IP 地址。它实现了路由功能,允许某个局域网的 A 主机,向另一个局域网的 B 主机发送消息。
(图片说明:路由器就是基于 IP 协议。局域网之间要靠路由器连接。)
路由的原理很简单。市场上所有的路由器,背后都有很多网口,要接入多根网线。路由器内部有一张路由表,规定了 A 段 IP 地址走出口一,B 段地址走出口二,…通过这套"指路牌",实现了数据包的转发。
(图片说明:本机的路由表注明了不同 IP 目的地的数据包,要发送到哪一个网口(interface)。)
IP 协议只是一个地址协议,并不保证数据包的完整。如果路由器丢包(比如缓存满了,新进来的数据包就会丢失),就需要发现丢了哪一个包,以及如何重新发送这个包。这就要依靠 TCP 协议。
简单说,TCP 协议的作用是,保证数据通信的完整性和可靠性,防止丢包。
二、TCP 数据包的大小
以太网数据包(packet)的大小是固定的,最初是1518字节,后来增加到1522字节。其中, 1500 字节是负载(payload),22字节是头信息(head)。
IP 数据包在以太网数据包的负载里面,它也有自己的头信息,最少需要20字节,所以 IP 数据包的负载最多为1480字节。
(图片说明:IP 数据包在以太网数据包里面,TCP 数据包在 IP 数据包里面。)
TCP 数据包在 IP 数据包的负载里面。它的头信息最少也需要20字节,因此 TCP 数据包的最大负载是 1480 - 20 = 1460 字节。由于 IP 和 TCP 协议往往有额外的头信息,所以 TCP 负载实际为1400字节左右。
因此,一条1500字节的信息需要两个 TCP 数据包。HTTP/2 协议的一大改进, 就是压缩 HTTP 协议的头信息,使得一个 HTTP 请求可以放在一个 TCP 数据包里面,而不是分成多个,这样就提高了速度。
(图片说明:以太网数据包的负载是1500字节,TCP 数据包的负载在1400字节左右。)
三、TCP 数据包的编号(SEQ)
一个包1400字节,那么一次性发送大量数据,就必须分成多个包。比如,一个 10MB 的文件,需要发送7100多个包。
发送的时候,TCP 协议为每个包编号(sequence number,简称 SEQ),以便接收的一方按照顺序还原。万一发生丢包,也可以知道丢失的是哪一个包。
第一个包的编号是一个随机数。为了便于理解,这里就把它称为1号包。假定这个包的负载长度是100字节,那么可以推算出下一个包的编号应该是101。这就是说,每个数据包都可以得到两个编号:自身的编号,以及下一个包的编号。接收方由此知道,应该按照什么顺序将它们还原成原始文件。
(图片说明:当前包的编号是45943,下一个数据包的编号是46183,由此可知,这个包的负载是240字节。)
四、TCP 数据包的组装
收到 TCP 数据包以后,组装还原是操作系统完成的。应用程序不会直接处理 TCP 数据包。
对于应用程序来说,不用关心数据通信的细节。除非线路异常,收到的总是完整的数据。应用程序需要的数据放在 TCP 数据包里面,有自己的格式(比如 HTTP 协议)。
TCP 并没有提供任何机制,表示原始文件的大小,这由应用层的协议来规定。比如,HTTP 协议就有一个头信息Content-Length
,表示信息体的大小。对于操作系统来说,就是持续地接收 TCP 数据包,将它们按照顺序组装好,一个包都不少。
操作系统不会去处理 TCP 数据包里面的数据。一旦组装好 TCP 数据包,就把它们转交给应用程序。TCP 数据包里面有一个端口(port)参数,就是用来指定转交给监听该端口的应用程序。
(图片说明:系统根据 TCP 数据包里面的端口,将组装好的数据转交给相应的应用程序。上图中,21端口是 FTP 服务器,25端口是 SMTP 服务,80端口是 Web 服务器。)
应用程序收到组装好的原始数据,以浏览器为例,就会根据 HTTP 协议的Content-Length
字段正确读出一段段的数据。这也意味着,一次 TCP 通信可以包括多个 HTTP 通信。
五、慢启动和 ACK
服务器发送数据包,当然越快越好,最好一次性全发出去。但是,发得太快,就有可能丢包。带宽小、路由器过热、缓存溢出等许多因素都会导致丢包。线路不好的话,发得越快,丢得越多。
最理想的状态是,在线路允许的情况下,达到最高速率。但是我们怎么知道,对方线路的理想速率是多少呢?答案就是慢慢试。
TCP 协议为了做到效率与可靠性的统一,设计了一个慢启动(slow start)机制。开始的时候,发送得较慢,然后根据丢包的情况,调整速率:如果不丢包,就加快发送速度;如果丢包,就降低发送速度。
Linux 内核里面设定了(常量TCP_INIT_CWND
),刚开始通信的时候,发送方一次性发送10个数据包,即"发送窗口"的大小为10。然后停下来,等待接收方的确认,再继续发送。
默认情况下,接收方每收到两个 TCP 数据包,就要发送一个确认消息。"确认"的英语是 acknowledgement,所以这个确认消息就简称 ACK。
ACK 携带两个信息。
- 期待要收到下一个数据包的编号
- 接收方的接收窗口的剩余容量
发送方有了这两个信息,再加上自己已经发出的数据包的最新编号,就会推测出接收方大概的接收速度,从而降低或增加发送速率。这被称为"发送窗口",这个窗口的大小是可变的。
(图片说明:每个 ACK 都带有下一个数据包的编号,以及接收窗口的剩余容量。双方都会发送 ACK。)
注意,由于 TCP 通信是双向的,所以双方都需要发送 ACK。两方的窗口大小,很可能是不一样的。而且 ACK 只是很简单的几个字段,通常与数据合并在一个数据包里面发送。
(图片说明:上图一共4次通信。第一次通信,A 主机发给B 主机的数据包编号是1,长度是100字节,因此第二次通信 B 主机的 ACK 编号是 1 + 100 = 101,第三次通信 A 主机的数据包编号也是 101。同理,第二次通信 B 主机发给 A 主机的数据包编号是1,长度是200字节,因此第三次通信 A 主机的 ACK 是201,第四次通信 B 主机的数据包编号也是201。)
即使对于带宽很大、线路很好的连接,TCP 也总是从10个数据包开始慢慢试,过了一段时间以后,才达到最高的传输速率。这就是 TCP 的慢启动。
六、数据包的遗失处理
TCP 协议可以保证数据通信的完整性,这是怎么做到的?
前面说过,每一个数据包都带有下一个数据包的编号。如果下一个数据包没有收到,那么 ACK 的编号就不会发生变化。
举例来说,现在收到了4号包,但是没有收到5号包。ACK 就会记录,期待收到5号包。过了一段时间,5号包收到了,那么下一轮 ACK 会更新编号。如果5号包还是没收到,但是收到了6号包或7号包,那么 ACK 里面的编号不会变化,总是显示5号包。这会导致大量重复内容的 ACK。
如果发送方发现收到三个连续的重复 ACK,或者超时了还没有收到任何 ACK,就会确认丢包,即5号包遗失了,从而再次发送这个包。通过这种机制,TCP 保证了不会有数据包丢失
(图片说明:Host B 没有收到100号数据包,会连续发出相同的 ACK,触发 Host A 重发100号数据包。)
转载
http://www.ruanyifeng.com/blog/2017/06/tcp-protocol.html
互联网协议入门(三)相关推荐
- 互联网协议入门(一)
我们每天使用互联网,你是否想过,它是如何实现的? 全世界几十亿台电脑,连接在一起,两两通信.上海的某一块网卡送出信号,洛杉矶的另一块网卡居然就收到了,两者实际上根本不知道对方的物理位置,你不觉得这是很 ...
- 【网络协议】互联网协议入门(一)
我们每天使用互联网,你是否想过,它是如何实现的? 全世界几十亿台电脑,连接在一起,两两通信.上海的某一块网卡送出信号,洛杉矶的另一块网卡居然就收到了,两者实际上根本不知道对方的物理位置,你不觉得这是很 ...
- 互联网协议入门及DNS原理入门
互联网协议入门及DNS原理入门 互联网协议入门 作者: 阮一峰 日期: 2012年5月31日 我们每天使用互联网,你是否想过,它是如何实现的? 全世界几十亿台电脑,连接在一起,两两通信.上海的某一块网 ...
- 互联网协议入门(二)【转】
原文地址:点击前往 上一篇文章分析了互联网的总体构思,从下至上,每一层协议的设计思想. 这是从设计者的角度看问题,今天我想切换到用户的角度,看看用户是如何从上至下,与这些协议互动的. ======== ...
- 互联网协议入门(二)
上一篇文章分析了互联网的总体构思,从下至上,每一层协议的设计思想. 这是从设计者的角度看问题,今天我想切换到用户的角度,看看用户是如何从上至下,与这些协议互动的. ================== ...
- http 阮一峰_互联网协议入门(二)
上一篇文章分析了互联网的总体构思,从下至上,每一层协议的设计思想. 这是从设计者的角度看问题,今天我想切换到用户的角度,看看用户是如何从上至下,与这些协议互动的. ================== ...
- 互联网协议入门-通俗易懂的讲计算机网络5层结构
转自:http://www.ruanyifeng.com/blog/2012/05/internet_protocol_suite_part_i.html http://www.ruanyifeng. ...
- 互联网协议入门(一) 作者:阮一峰
声明:本文转载自http://www.ruanyifeng.com/blog/2012/05/internet_protocol_suite_part_i.html 概述 1.1 五层模型 互联网的实 ...
- 互联网协议入门 : 用户 ------ 底层
1号电脑要向4号电脑发送一个数据包.它先判断4号电脑是否在同一个子网络,结果发现不是(后文介绍判断方法),于是就把这个数据包发到网关A.网关A通过路由协议,发现4号电脑位于子网络B,又把数据包发给网关 ...
- internet 协议入门
前言 劳于读书,逸于作文. 原文地址:internet协议入门 博主博客地址:Damonare的个人博客 博主之前写过一篇博客:网络协议分析,在这篇博客里通过抓包,具体的分析了不同网络协议的传送的数据 ...
最新文章
- 如何调出matlab的debug按键
- Druid:一个用于大数据实时处理的开源分布式系统
- jquery中方法扩展 ($.fn $.extend) 学习笔记
- sqlite java_如何在Java中使用Sqlite
- 利用 Python 插件 xlwings 读写 Excel
- html 数据库 编写学生表,【数据库】用sql语句创建学生表如何做
- linux node安装菜鸟教程,手把手告诉你如何安装多个版本的node
- SIP协议栈eXosip2分析
- 【经典算繁体08题】字串核对
- python中的魔方方法
- 马士兵python_马士兵python大数据全栈工程师
- 近视手术能不能做?怎么做?丁香医生告诉你
- 拿破仑最欣赏的数学家,师从拉格朗日,撕逼泊松,一生痴迷热学最后却死于热学...
- 一分钟学会看k线图_一分钟学会看k线图 炒股新手入门看图教程
- OFBiz搭建项目详细讲解——Ofbiz表单
- 一笔画问题(nyoj 42)
- 华为轮值CEO徐直军全面剖析华为
- idea中git代码回滚
- Notepad++支持插入特殊字符
- 阿萨德阿斯顿的的点点滴滴
热门文章
- python管道怎么使用_如何在多个流程中正确使用管道(2)
- 小型数控雕刻机制作Arduino_【图片】广州玉邦雕刻机厂家【玉石雕刻机吧】
- mysql如果空显示_mysql按照自己定义的值显示如果为空的就显示0
- 关于C#中的get与set函数
- 异步读写之利用完成历程
- 按钮打开Activity
- DB2获取CHAR字段数据的数据长度方法
- 5.2.3 配置SQL Server代理
- 内部人示范(野生项目笔记02)
- 怎么加密高程点_珠峰咋有4个高度?专业测绘科技工作者解读珠峰高程测算过程...