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【草稿】TCP IP简述

TCP IP简述

TCP/IP全称:Transmission Control Protocol/Internet Protocol
中文是:传输控制协议/网际协议

网络模型

OSI七层模型
应用层
表示层
会话层
传输层
网络层
数据链路层
物理层
TCP/IP四层模型
应用层
传输层
网络层
网络接口层

TCP/IP协议族按照层次由上到下,层层包装。最上面的是应用层,这里面有http,ftp 等等我们熟悉的协议。而第二层则是传输层,著名的TCP和UDP协议就在这个层次。第三层是网络层,IP协议就在这里,它负责对数据加上IP地址和其他的数据以确定传输的目标。第四层是数据链路层,这个层次为待传送的数据加入一个以太网协议头,并进行CRC编码,为最后的数据传输做准备。

IP协议

IP协议是TCP/IP协议的核心,所有的TCP,UDP,IMCP,IGMP的数据都以IP数据格式传输。要注意的是,IP不是可靠的协议,这是说,IP协议没有提供一种数据未传达以后的处理机制,这被认为是上层协议:TCP或UDP要做的事情。

ICMP协议

IP协议并不是一个可靠的协议,它不保证数据被送达,那么,自然的,保证数据送达的工作应该由其他的模块来完成。其中一个重要的模块就是ICMP(网络控制报文)协议。ICMP不是高层协议,而是IP层的协议。

当传送IP数据包发生错误。比如主机不可达,路由不可达等等,ICMP协议将会把错误信息封包,然后传送回给主机。给主机一个处理错误的机会,这也就是为什么说建立在IP层以上的协议是可能做到安全的原因。

TCP

TCP协议是面向字节流的协议,虽然应用程序和TCP的交互是一次一个数据块(大小不等),但TCP把应用程序看成是一连串的无结构的字节流。TCP有一个缓冲,当应用程序传送的数据块太长,TCP就可以把它划分短一些再传送。

TCP三次握手

第一次握手:建立连接。客户端发送连接请求报文段,将SYN位置为1,Sequence Number为x;然后,客户端进入SYN_SEND状态,等待服务器的确认。

第二次握手:服务器收到SYN报文段。服务器收到客户端的SYN报文段,需要对这个SYN报文段进行确认,设置Acknowledgment Number为x+1(Sequence Number+1);同时,自己自己还要发送SYN请求信息,将SYN位置为1,Sequence Number为y;服务器端将上述所有信息放到一个报文段(即SYN+ACK报文段)中,一并发送给客户端,此时服务器进入SYN_RECV状态。

第三次握手:客户端收到服务器的SYN+ACK报文段。然后将Acknowledgment Number设置为y+1,向服务器发送ACK报文段,这个报文段发送完毕以后,客户端和服务器端都进入ESTABLISHED状态,完成TCP三次握手。

TCP四次挥手

第一次挥手:主机1(可以使客户端,也可以是服务器端),设置Sequence Number,向主机2发送一个FIN报文段;此时,主机1进入FIN_WAIT_1状态;这表示主机1没有数据要发送给主机2了。

第二次挥手:主机2收到了主机1发送的FIN报文段,向主机1回一个ACK报文段,Acknowledgment Number为Sequence Number加1;主机1进入FIN_WAIT_2状态;主机2告诉主机1,我“同意”你的关闭请求。

第三次挥手:主机2向主机1发送FIN报文段,请求关闭连接,同时主机2进入LAST_ACK状态。

第四次挥手:主机1收到主机2发送的FIN报文段,向主机2发送ACK报文段,然后主机1进入TIME_WAIT状态;主机2收到主机1的ACK报文段以后,就关闭连接;此时,主机1等待2MSL后依然没有收到回复,则证明Server端已正常关闭,那好,主机1也可以关闭连接了。

TCP流量控制

双方在通信的时候,发送方的速率与接收方的速率是不一定相等,如果发送方的发送速率太快,会导致接收方处理不过来,这时候接收方只能把处理不过来的数据存在缓存区里(失序的数据包也会被存放在缓存区里)。

如果缓存区满了发送方还在疯狂着发送数据,接收方只能把收到的数据包丢掉,大量的丢包会极大着浪费网络资源,因此,我们需要控制发送方的发送速率,让接收方与发送方处于一种动态平衡才好。

接收方每次收到数据包,可以在发送确定报文的时候,同时告诉发送方自己的缓存区还剩余多少是空闲的,我们也把缓存区的剩余大小称之为接收窗口大小,用变量rwnd来表示接收窗口的大小。

TCP拥塞控制

慢开始 和 拥塞避免

发送的最初执行慢开始,令 cwnd = 1,发送方只能发送 1 个报文段;当收到确认后,将 cwnd 加倍,因此之后发送方能够发送的报文段数量为:2、4、8 …

当cwnd > ssthresh(慢开始门限)时,改用拥塞避免算法,拥塞避免算法每经过一个往返时间cwnd加1。

当cwnd = ssthresh时,既可以用慢开始也可以使用拥塞避免算法。

当cwnd < ssthresh时,慢开始算法。

当网络出现超时,ssthresh = cwnd / 2,同时设置拥塞窗口cwnd=1.进入慢开始算法。

快重传 和 快恢复

快重传算法要求接收方不要等待自己发送数据才进行捎带确认,而是立即发送确认。即使收到失序的报文段对已发送的报文段的重复确认。发送方一连收到3个重复确认就应当立即进行重传。在这种情况下,只是丢失个别报文段,而不是网络拥塞。因此执行快恢复,发送方调整门限值ssthresh =cwnd/2,同时设置拥塞窗口cwnd=ssthresh ,并开始拥塞避免算法。

慢开始和快恢复的快慢指的是 cwnd 的设定值,而不是 cwnd 的增长速率。慢开始 cwnd 设定为 1,而快恢复 cwnd 设定为 ssthresh。


参考:https://mp.weixin.qq.com/s/ypzml4GEggNlbr-QAVo6CA

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