TCP/IP详解notes:05传输控制协议

TCP/IP详解notes:05传输控制协议

1. TCP通过下列方式来提供可靠性

  1. 应用数据被分割成TCP认为最适合发送的数据块。这和UDP完全不同,UDP应用程序产生的数据报长度将保持不变。由TCP传递给IP的信息单位称为报文段或段(segment)(参见图1-7)。
  2. 当TCP发出一个段后,它启动一个定时器,等待目的端确认收到这个报文段。如果不能及时收到一个确认,将重发这个报文段。
  3. 当TCP收到发自TCP连接另一端的数据,它将发送一个确认。这个确认不是立即发送,通常将推迟几分之一秒,这将在19.3节讨论。
  4. TCP将保持它首部和数据的检验和。这是一个端到端的检验和,目的是检测数据在传输过程中的任何变化。如果收到段的检验和有差错,TCP将丢弃这个报文段和不确认收到此报文段(希望发端超时并重发)。
  5. 既然TCP报文段作为IP数据报来传输,而IP数据报的到达可能会失序,因此TCP报文段的到达也可能会失序。如果必要,TCP将对收到的数据进行重新排序,将收到的数据以正确的顺序交给应用层
  6. 既然IP数据报会发生重复,TCP的接收端必须丢弃重复的数据。
  7. TCP还能提供流量控制。TCP连接的每一方都有固定大小的缓冲空间。TCP的接收端只允许另一端发送接收端缓冲区所能接纳的数据。这将防止较快主机致使较慢主机的缓冲区溢出。

两个应用程序通过TCP连接交换8bit字节构成的字节流。 TCP不在字节流中插入记录标识符。我们将这称为字节流服务(byte stream service)。如果一方的应用程序先传10字节,又传20字节,再传50字节,连接的另一方将无法了解发方每次发送了多少字节。 收方可以分4次接收这80个字节,每次接收20字节。一端将字节流放到TCP连接上,同样的字节流将出现在TCP连接的另一端。

另外,TCP对字节流的内容不作任何解释。TCP不知道传输的数据字节流是二进制数据,还是ASCII字符、EBCDIC字符或者其他类型数据。对字节流的解释由TCP连接双方的应用层解释

2. 图解

TCP数据被封装在一个IP数据报中

TCP首部的数据格式。如果不计任选字段,它通常是20个字节。

  • Socket: 一个IP地址和一个端口号也称为一个插口(socket)
  • 插口对(SocketPair)(包含客户IP地址、客户端口号、服务器IP地址和服务器端口号的四元组)可唯一确定互联网络中每个TCP连接的双方。

3. 字节传输

序号用来标识从TCP发端向TCP收端发送的数据字节流,它表示在这个报文段中的第一个数据字节。如果将字节流看作在两个应用程序间的单向流动, 则TCP用序号对每个字节进行计数。序号是32 bit的无符号数,序号到达232-1后又从0开始。

当建立一个新的连接时,SYN标志变1。序号字段包含由这个主机选择的该连接的初始序号ISN(Initial Sequence Number)。 该主机要发送数据的第一个字节序号为这个ISN加1,因为SYN标志消耗了一个序号(将在下章详细介绍如何建立和终止连接,届时我们将看到FIN标志也要占用一个序号)。

既然每个传输的字节都被计数,确认序号包含发送确认的一端所期望收到的下一个序号。因此,确认序号应当是上次已成功收到数据字节序号加1。只有ACK标志(下面介绍)为1时确认序号字段才有效。

发送ACK无需任何代价,因为32 bit的确认序号字段和ACK标志一样,总是TCP首部的一部分。因此,我们看到一旦一个连接建立起来,这个字段总是被设置,ACK标志也总是被设置为1。

TCP为应用层提供全双工服务。这意味数据能在两个方向上独立地进行传输。因此,连接的每一端必须保持每个方向上的传输数据序号。

TCP可以表述为一个没有选择确认或否认滑动窗口协议(滑动窗口协议用于数据传输将在20.3节介绍)。 我们说TCP缺少选择确认是因为TCP首部中的确认序号表示发方已成功收到字节,但还不包含确认序号所指的字节。当前还无法对数据流中选定的部分进行确认。 例如,如果1~1024字节已经成功收到,下一报文段中包含序号从2049~3072的字节,收端并不能确认这个新的报文段。它所能做的就是发回一个确认序号为1025的ACK。它也无法对一个报文段进行否认。 例如,如果收到包含1025~2048字节的报文段,但它的检验和错,TCP接收端所能做的就是发回一个确认序号为1025的ACK。在21.7节我们将看到重复的确认如何帮助确定分组已经丢失。

首部长度给出首部中32 bit字的数目。需要这个值是因为任选字段的长度是可变的。这个字段占4bit,因此TCP最多有60字节的首部。然而,没有任选字段,正常的长度是20字节。 在TCP首部中有6个标志比特。它们中的多个可同时被设置为1。我们在这儿简单介绍它们的用法,在随后的章节中有更详细的介绍。

TCP的流量控制由连接的每一端通过声明的窗口大小来提供窗口大小为字节数,起始于确认序号字段指明的值,这个值是接收端正期望接收的字节。窗口大小是一个16 bit字段,因而窗口大小最大为65535字节。 在24.4节我们将看到新的窗口刻度选项,它允许这个值按比例变化以提供更大的窗口。

检验和覆盖了整个的TCP报文段:TCP首部和TCP数据。这是一个强制性的字段,一定是由发端计算和存储,并由收端进行验证。TCP检验和的计算和UDP检验和的计算相似。

只有当URG标志置1时紧急指针才有效。紧急指针是一个正的偏移量,和序号字段中的值相加表示紧急数据最后一个字节的序号。TCP的紧急方式是发送端向另一端发送紧急数据的一种方式。

最常见的可选字段是最长报文大小,又称为MSS(Maximum Segment Size)。每个连接方通常都在通信的第一个报文段(为建立连接而设置SYN标志的那个段)中指明这个选项。 它指明本端所能接收的最大长度的报文段。

TCP报文段中的数据部分是可选的。有时候双方交换的报文段仅有TCP首部。如果一方没有数据要发送,也使用没有任何数据的首部来确认收到的数据。在处理超时的许多情况中,也会发送不带任何数据的报文段

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