[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）

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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套接字中单独存在。
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. 关闭套接字将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。