[C++ 网络协议编程] TCP/IP协议

目录

1. TCP/IP协议栈

2. TCP原理

2.1 TCP套接字中的I/O缓冲

2.2 TCP工作原理

2.2.1 三次握手(连接)

2.2.2 与对方主机的数据交换

2.2.3 四次握手(断开与套接字的连接)


TCP(Transmission Control Protocol传输控制协议):对数据传输过程的控制。

1. TCP/IP协议栈

 TCP/IP分为四层:

  1. 链路层(物理层):物理链接领域标准化的结果,专门定义LAN、WAN、MAN等网络标准,通俗点说就是,硬件之间的物理连接层
  2. IP层:IP层功能主要是确定传输数据的路径,但IP本身是面向消息,不可靠的,可能会发生数据丢失或错误的问题。
  3. TCP/UDP层(传输层):TCP则可以解决IP层数据丢失或错误的问题,赋予不可靠的IP协议可靠性。

    如图所示,是TCP简单的功能,会确认数据包是否到达。
  4. 应用层:程序员编写软件过程中,根据程序特点决定服务器端和客户端之间的数据传输规则。

2. TCP原理

2.1 TCP套接字中的I/O缓冲

问:如果服务器端一次性传输了40字节,而客户端却是通过4次read函数,每次读取10字节的方式来接收数据,那么当客户端第一次接收了10字节的数据,剩下30字节的数据去哪了呢?

答:剩下30节的数据都在I/O缓冲里。

实际上write函数调用后并不是马上进行数据传输的,read函数也不是马上进行数据读取的,而是如图:

总结:在write函数执行时,会先将数据,移动到输出缓冲里,在适当的时候,再将数据传送到对方的输入缓冲里,然后对方再通过read函数,从输入缓冲里读取数据。

I/O缓冲有如下特性:

  1. I/O缓冲在每个TCP套接字单独存在
  2. I/O缓冲在创建套接字时自动生成
  3. 即使关闭套接字也会继续传输输出缓冲中遗留的数据
  4. 关闭套接字丢失输入缓冲中的数据

问:如果客户端输入缓冲为50字节,服务器端却传输了100字节,那么会怎么办?

答:TCP会控制数据流,不会发生超过输入缓冲大小的数据传输

TCP中有滑动窗口协议,会在传输前,告知对方套接字,己方可以接收多少字节的数据。所以TCP不会因为缓冲溢出而丢失数据

write函数返回的时间点:

        write函数和Windows的send函数,不会在完成向对方主机的数据传输时返回,而是在数据移动到输出缓冲时就返回。然后TCP会保证对输出缓冲中数据的传输。

2.2 TCP工作原理

以下原理,保证了TCP的数据传输是可靠的,有序的,基于连接的。

2.2.1 三次握手(连接)

套接字是以全双工方式工作的,也就是说,它可以双向传输数据

以上可以解释成如下:

SYN(Synchronization):表示收发数据传输的同步消息。

ACK:命令正确应答;确认字符(acknowledgement character)。

SEQ:序列。

收发数据前,向数据包分配序号,并向对方通报此序号, 这样可以在数据丢失时马上查看并重传丢失的数据包,防止数据丢失。

三次握手后,主机之间彼此就绪,准备数据交换。

2.2.2 与对方主机的数据交换

主机A向主机B发送100个字节的数据,数据包的序号为1200,主机B回复给主机A,序号为1301的数据包ACK应答,为什么是序号为1301的数据包?

因为:ACK号=SEQ号+传递的字节数+1这样如果ACK号不是1200+100+1=1301的话,那么久说明,传递的字节数有丢失,就可以通知对方重传,加一是为了告知对方下次要传递的SEQ号。

这之间如果发生了错误,如图:

当主机A发送SEQ1301给主机B时,主机B没有接收到,不会发送ACK应答,主机A过了一段时间没有接收到主机B传来的应答,那么就会重传。主机A的TCP套接字会启动计时器等待ACK应答,如果超时,则重传。

2.2.3 四次握手(断开与套接字的连接)

FIN:断开连接,双方各发送一次FIN消息后断开连接。

含义和上述三次握手的差不多,这里主机B向主机A传递了两次ACK5001是因为,主机B向主机A发送第一次ACK后,会等待一段时间,看主机A是否还有数据要传给主机B,没有了,则会传递第二次ACK数据,并设置FIN消息。

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