tcp ip高效編程 筆記

CS架構與對等實體

CS位置	備註	特色	舉例
同一機器	數據會被環回，並不會放到網絡設備輸出隊列中	幾乎沒有網絡延遲和丟包	本身開發web程序調試
同一局域網內		極少沒有網絡延遲和丟包	打印機
不一樣網絡	位於廣域網	途徑的路由器若是隊列空間耗盡，就會致使丟棄分組，進而致使重傳。重傳又會引發分組的重複和亂序。	真實環境

基本套接字API回顧

SOCKET socket (int domain, int type, int protocol)
// 成功返回套接字描述符，失敗時返回-1

套接字API與協議無關。

domain是個常量，表示通訊域，有如下兩個

• AF_INET 用於因特網
• AF_LOCAL 用於同一臺機器上的IPC通訊，即進程間通訊

type說明套接字的類型，有常見的如下幾種

• SOCK_STREAM 提供可靠，全雙工，面向鏈接的字節流，例如TCP
• SOCK_DGRAM 提供不可靠，盡力而爲的數據服務，例如UDP
• SOCK_RAW 容許對IP層的某些數據進行訪問，例如監聽ICMP報文

protocol說明使用哪一種協議，對tcp/ip來講，能夠直接由type字段隱式說明，參數被設置爲0

int connect (SOCKET s, const struct socketaddr *peer, int peer_len)
// 成功時返回0， 失敗時返回非0

• s: 套接字描述符
• peer: 是一個地址結構，存儲對等實體的地址和其餘信息
• peer_len； 是地址結構的長度

connect一旦創建起來，就能夠傳輸數據。在unix中，套接字描述符能夠像文件描述符那樣調用read和write。可是windows

int recv (SOCKET s, void *buf, size_t len, int flags)
int rend (SOCKET s, cosnt void *buf, size_t len, int flags)

參數s, buf, len和read, write參數同樣。flags一般和系統有關。
unix和win都支持如下flag

• MSG_OOB 收發緊急數據
• MSG_PEEK 查看輸入數據，可是不從緩衝區刪除數據。俗稱瞥一眼
• MSG_DONTROUTE 繞過一般的選路函數，一般只有選路函數使用，或用於診斷

理解面向鏈接和無鏈接協議的區別

• 面向鏈接和無鏈接，指的都是協議，不是物理介質，是指數據在介質上如何傳輸
• 本質區別是，對於無鏈接協議，每一個分組的處理都是獨立的。對於面向鏈接的協議，分組還要維護後續分組的相關信息。
• 無鏈接協議是面向鏈接協議的基礎

無鏈接協議就像是寄信，每封信都有本身的收件人地址，你能夠同時給多我的寄信。郵局處理信件也不會管每封信之間的關係。

面向鏈接的協議就像是打電話，一我的先撥號，等另外一我的說喂，而後本身在說我是某某某。說完話了，一我的會說，拜拜，另外一個也會說拜拜。 有時候你聽不清楚對方在說什麼，還會說：麻煩你在說一遍，我沒聽清。或者：你說的太快了，麻煩說慢一點。

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應用程序
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TCP和UDP
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  IP
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物理接口
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TCP的每一個分組成爲段（segment）, 是放在IP數據包中發送的。可是IP數據報並不保證數據的可靠到達。因此TCP必須本身實現可靠性。

TCP使用三個功能實現可靠性

• 校驗和：校驗和用來校驗數據有沒有被中途損壞，保證安全性
• 序列號：每一個段都有本身的序號，用來從新排列亂序的段，保證順序性
• 確認重傳機制: 保證每一個段都被對方收到，保證可靠性

TCP的三個功能中，確認重傳機制最爲複雜。

TCP接收窗口

• 左邊箭頭表示窗口的左邊界，所指望下一個字節的序列號
• 右邊箭頭表示窗口的右邊界，表示TCP緩衝區所能容納字節的最大編號，用來防止緩衝區溢出
• TCP到達時，全部序列號在窗口範圍以外的，都會被直接丟棄
• 若是段中的第一個字節序號是指望的字節號，就通知應用程序有數據可讀。而且將窗口向右滑動

TCP發送窗口

• 發送窗口分爲兩個部分，已經發送出的可是尚未收到確認的，還有能夠發送但尚未發送的
• 在4-7字節已經發送出去以後，TCP會啓動一個RTO(retransmission timeout)超時重傳定時器，若是定時器超時以前這四個字節沒有被確認，就會重傳這四個字節。要注意重傳的本身能夠要比四個字節要多。
• 重傳並不意味着數據沒有到達目的地，也有多是ACK丟失

TCP是一種流協議

TCP是一種流協議，並無固定的報文和報文流的概念。

發送兩次報文並不發送兩個獨立的實體，兩次調用send, 只是將數據交給底層TCP/IP棧。至於底層是如何發送這兩個數據的，由底層本身決定。

底層將數據發出去有不少決定因素

• 發送窗口
• 擁塞窗口
• 路徑最大傳輸單元
• 輸出隊列中有多少數據

不要低估TCP的性能

TCP並非絕對可靠

• 故障模式
• 對等實體崩潰
• 網絡中斷

不要把OSI七層模型太當回事

實際上OSI模型由不少缺點，本質上說OSI協議已經停用了。OSI模型是理想，TCP/IP纔是現實。

理解TCP寫操做

• 從應用程序角度看，send
• 從TCP角度看，慢啓動，ng算法

TIME-WAIT

• 一般，只有主動關閉鏈接的一方會進入TIME-WAIT階段
• RFC 793將MSL定義爲兩分鐘，那麼2MSL就是4分鐘。實際的操做系統能夠將MSL設置爲更低的值，如30秒。
• 若是鏈接處於TIME-WAIT階段，又有分組到達，就會重啓2MSL定時器。

使用TIME-WAIT的目的

• 維護鏈接狀態，以防主動發起鏈接關閉的哪一方最後一個ACK丟失形成另外一端發送FIN
• 耗盡網絡中全部此鏈接的走失提供時間

想想，若是主機1在發出ACK以後當即關閉了鏈接，會發生什麼事？

AB分別爲主機

有 TIME-WAIT狀態時，若是ACK丟失，那麼B會重發FIN, A處於TIME_WAIT階段時，再次收到FIN, 那麼就會再次發送ACK, 並重啓激動2MSL計時。

無TIME-WAIT狀態時, 主機A的收到FIN後，當即釋放端口，那麼該端口處於未監聽狀態。當數據被髮送到爲監聽的端口時，發送方會收到連接重置的報文。

無TIME-WAIT狀態時, 主機A的端口已經被新的應用程序佔用，新的鏈接的數據可能被遲來的數據破壞。

TCP的狀態轉移圖

• TCP一共有11中狀態
• 左下角虛線方框中是主動關閉方關閉時會經歷的狀態轉移

儘量寫入一個大塊數據，而不是頻繁的寫入小塊的數據

參考書籍

• TCP/IP高效編程
• TCP/IP詳解 卷1：協議
• UNIX網絡編程 卷1：套接字聯網API（第3版）