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1、9/19/2014图解TCP-IP协议 快课网http:/ 网络编程 Jay13 18小时前 1399 0评论本文通过两个图来梳理TCPIP协议相关知识。TCP通信过程包括三个步骤：建立TCP连接通道，传输数据，断开TCP连接通道。如图1所示，给出了TCP通信过程的示意图。快课网9/19/2014图解TCP-IP协议 快课网http:/ TCP 三次握手四次挥手图图1主要包括三部分：建立连接、传输数据、断开连接。主要包括三部分：建立连接、传输数据、断开连接。1)建立建立TCP连接很简单，通过三次握手便可建立连接。连接很简单，通过三次握手便可建立连接。2)建立好连接后，开始传输数据。建立好连接后
2、，开始传输数据。TCP数据传输牵涉到的概念很多：超时重传、快速重传、数据传输牵涉到的概念很多：超时重传、快速重传、流量控制、拥塞控制等等。流量控制、拥塞控制等等。3)断开连接的过程也很简单，通过四次握手完成断开连接的过程。断开连接的过程也很简单，通过四次握手完成断开连接的过程。三次握手建立连接：三次握手建立连接：第一次握手：客户端发送syn包(seq=x)到服务器，并进入SYN_SEND状态，等待服务器确认；第二次握手：服务器收到syn包，必须确认客户的SYN（ack=x+1），同时自己也发送一个SYN包（seq=y），即SYN+ACK包，此时服务器进入SYN_RECV状态；第三次握手：客户端
3、收到服务器的SYNACK包，向服务器发送确认包ACK(ack=y+1)，此包发送完毕，客户端和服务器进入ESTABLISHED状态，完成三次握手。握手过程中传送的包里不包含数据，三次握手完毕后，客户端与服务器才正式开始传送数据。理想状态下，TCP连接一旦建立，在通信双方中的任何一方主动关闭连接之前，TCP 连接都将被一直保持下去。传输数据过程：传输数据过程：a.超时重传超时重传超时重传机制用来保证TCP传输的可靠性。每次发送数据包时，发送的数据报都有seq号，接收端收到数据后，会回复ack进行确认，表示某一seq号数据已经收到。发送方在发送了某个seq包后，等待一段时间，如果没有收到对应的ac
4、k回复，就会认为报文丢失，会重传这个数据包。b.快速重传快速重传接受数据一方发现有数据包丢掉了。就会发送ack报文告诉发送端重传丢失的报文。如果发送端连续收到标号相同的ack包，则会触发客户端的快速重传。比较超时重传和快速重传，可以发现超时重传是发送端在傻等超时，然后触发重传；而快速重传则是接收端主动告诉发送端数据没收到，然后触发发送端重传。c.流量控制流量控制9/19/2014图解TCP-IP协议 快课网http:/ 滑动窗可以是提高TCP传输效率的一种机制。d.拥塞控制拥塞控制滑动窗用来做流量控制。流量控制只关注发送端和接受端自身的状况，而没有考虑整个网络的通信情况。拥塞控制，则是基于整个
5、网络来考虑的。考虑一下这样的场景：某一时刻网络上的延时突然增加，那么，TCP对这个事做出的应对只有重传数据，但是，重传会导致网络的负担更重，于是会导致更大的延迟以及更多的丢包，于是，这个情况就会进入恶性循环被不断地放大。试想一下，如果一个网络内有成千上万的TCP连接都这么行事，那么马上就会形成“网络风暴”，TCP这个协议就会拖垮整个网络。为此，TCP引入了拥塞控制策略。拥塞策略算法主要包括：慢启动，拥塞避免，拥塞发生，快速恢复。四次握手断开连接：四次握手断开连接：第一次挥手：主动关闭方发送一个FIN，用来关闭主动方到被动关闭方的数据传送，也就是主动关闭方告诉被动关闭方：我已经不会再给你发数据了
6、(当然，在fin包之前发送出去的数据，如果没有收到对应的ack确认报文，主动关闭方依然会重发这些数据)，但此时主动关闭方还可以接受数据。第二次挥手：被动关闭方收到FIN包后，发送一个ACK给对方，确认序号为收到序号+1（与SYN相同，一个FIN占用一个序号）。第三次挥手：被动关闭方发送一个FIN，用来关闭被动关闭方到主动关闭方的数据传送，也就是告诉主动关闭方，我的数据也发送完了，不会再给你发数据了。第四次挥手：主动关闭方收到FIN后，发送一个ACK给被动关闭方，确认序号为收到序号+1，至此，完成四次挥手。图图2给出了给出了TCP通信过程中的状态转移图，理解此图是我们理解通信过程中的状态转移图，
7、理解此图是我们理解TCPIP协议的关键。协议的关键。9/19/2014图解TCP-IP协议 快课网http:/ TCP状态转移图状态图详细解读：状态图详细解读：1.CLOSED：起始点，在超时或者连接关闭时候进入此状态。2.LISTEN：服务端在等待连接过来时候的状态，服务端为此要调用socket，bind,listen函数9/19/2014图解TCP-IP协议 快课网http:/ 快课网http:/ Slow Start首先，我们来看一下TCP的慢热启动。慢启动的意思是，刚刚加入网络的连接，一点一点地提速，不要一上来就像那些特权车一样霸道地把路占满。新同学上高速还是要慢一点，不要把已经在高速
8、上的秩序给搞乱了。慢启动的算法如下(cwnd全称Congestion Window)：1）连接建好的开始先初始化cwnd = 1，表明可以传一个MSS大小的数据。2）每当收到一个ACK，cwnd+ 呈线性上升3）每当过了一个RTT，cwnd = cwnd*2 呈指数让升4）还有一个ssthresh（slow start threshold），是一个上限，当cwnd = ssthresh时，就会进入“拥塞避免算法”（后面会说这个算法）所以，我们可以看到，如果网速很快的话，ACK也会返回得快，RTT也会短，那么，这个慢启动就一点也不慢。拥塞避免算法拥塞避免算法 Congestion Avoidan
9、ce前面说过，还有一个ssthresh（slow start threshold），是一个上限，当cwnd = ssthresh时，就会进入“拥塞避免算法”。一般来说ssthresh的值是65535，单位是字节，当cwnd达到这个值时后，算法如下：1）收到一个ACK时，cwnd = cwnd + 1/cwnd2）当每过一个RTT时，cwnd = cwnd + 1这样就可以避免增长过快导致网络拥塞，慢慢的增加调整到网络的最佳值。很明显，是一个线性上升的算法。9/19/2014图解TCP-IP协议 快课网http:/ = cwnd /2cwnd 重置为 1进入慢启动过程2）Fast Retrans
10、mit算法，也就是在收到3个duplicate ACK时就开启重传，而不用等到RTO超时。TCP Tahoe的实现和RTO超时一样。TCP Reno的实现是：cwnd = cwnd /2sshthresh = cwnd进入快速恢复算法Fast Recovery上面我们可以看到RTO超时后，sshthresh会变成cwnd的一半，这意味着，如果cwnd=sshthresh时出现的丢包，那么TCP的sshthresh就会减了一半，然后等cwnd又很快地以指数级增涨爬到这个地方时，就会成慢慢的线性增涨。我们可以看到，TCP是怎么通过这种强烈地震荡快速而小心得找到网站流量的平衡点的。快速恢复算法快速恢
11、复算法 Fast RecoveryTCP Reno这个算法定义在RFC5681。快速重传和快速恢复算法一般同时使用。快速恢复算法是认为，你还有3个Duplicated Acks说明网络也不那么糟糕，所以没有必要像RTO超时那么强烈。 注意，正如前面所说，进入Fast Recovery之前，cwnd 和 sshthresh已被更新：cwnd = cwnd /2sshthresh = cwnd然后，真正的Fast Recovery算法如下：cwnd = sshthresh + 3 * MSS （3的意思是确认有3个数据包被收到了）重传Duplicated ACKs指定的数据包如果再收到 duplicated Ac
