网络原理TCP/IP（4）

面向字节流

创建⼀个TCP的socket,同时在内核中创建⼀个发送缓冲区和⼀个接收缓冲区;

• 调⽤write时,数据会先写⼊发送缓冲区中;

• 如果发送的字节数太⻓,会被拆分成多个TCP的数据包发出;

• 如果发送的字节数太短,就会先在缓冲区⾥等待,等到缓冲区⻓度差不多了,或者其他合适的时机发送出去;

• 接收数据的时候,数据也是从⽹卡驱动程序到达内核的接收缓冲区;

• 然后应⽤程序可以调⽤read从接收缓冲区拿数据;

• 另⼀⽅⾯,TCP的⼀个连接,既有发送缓冲区,也有接收缓冲区,那么对于这⼀个连接,既可以读数据,也可以写数据.这个概念叫做全双⼯

由于缓冲区的存在,TCP程序的读和写不需要⼀⼀匹配,例如:
• 写100个字节数据时,可以调⽤⼀次write写100个字节,也可以调⽤100次write,每次写⼀个字节;
• 读100个字节数据时,也完全不需要考虑写的时候是怎么写的,既可以⼀次read100个字节,也可以⼀次read⼀个字节,重复100次;

粘包问题

• ⾸先要明确,粘包问题中的"包",是指的应⽤层的数据包.
• 在TCP的协议头中,没有如同UDP⼀样的"报⽂⻓度"这样的字段,但是有⼀个序号这样的字段.
• 站在传输层的⻆度,TCP是⼀个⼀个报⽂过来的.按照序号排好序放在缓冲区中.
• 站在应⽤层的⻆度,看到的只是⼀串连续的字节数据.
• 那么应⽤程序看到了这么⼀连串的字节数据,就不知道从哪个部分开始到哪个部分,是⼀个完整的应⽤层数据包.

那么如何避免粘包问题呢?归根结底就是⼀句话,明确两个包之间的边界.

1. 通过特殊符号，作为分隔符，见到分隔符就视为是一个包结束
2. 指定出包的长度，比如在包开始的位置加上一个特殊的空间来表示整个数据的长度

上述的这样的问题，都是应该在设计应用层协议的时候把这些问题都考虑进去了

思考:对于UDP协议来说,是否也存在"粘包问题"呢?
• 对于UDP,如果还没有上层交付数据,UDP的报⽂⻓度仍然在.同时,UDP是⼀个⼀个把数据交付给应⽤层.就有很明确的数据边界.
• 站在应⽤层的站在应⽤层的⻆度,使⽤UDP的时候,要么收到完整的UDP报⽂,要么不收.不会出现"半个"的情况。

异常情况

1. 其中一方出现了进程崩溃
   进程无论是正常结束还是异常崩溃，都会触发到回收文件资源，关闭文件这样的效果（系统自动完成），就会触发四次挥手
   TCP连接的生命周期，可以比进程更长一些，虽然进程已经退出了，但是TCP连接还在，仍然可以继续进行四次挥手
2. 其中一方出现了关机（按照正常流程关机）
   当有个主机触发关机操作就会先强制终止所有的进程（类似于上述的强杀进程），终止进程自然就会触发四次挥手，但是四次挥手不一定能挥完，如果挥手快，能够顺利挥完，此时本段和对端都能正确的删除掉保存的连接信息，如果挥手慢，至少也能把第一个fin发给对端，告诉对端，本端要结束了，对端收到fin之后，对端也就要进入释放连接的流程，返回ack，并且发送fin，但是不会有ack应答，势必要进行重传（超时重传的流程中），当重传几次之后发现还是不行，还是没有ack，这个时候单方面的释放连接信息
3. 其中一方·出现了断电（直接拔电源，突发性的关机）
   如果直接断电，机器瞬间关机，来不及发送fin
   a）断电的是接收方，发送方就会突然发现没有ack了，就要重传，重传几次之后还是不行，TCP就会尝试“复位”连接（相当于清除原来的TCP中的各种临时数据，重新开始）需要用到TCP的“复位报文段”RST
   b）断电的是发送方，这种情况下，接收方需要区分出，发送方是挂了还是暂时没发，就会触发“心跳包”来询问对方的情况，如果对方没有回应，本端就会尝试复位并且单方面释放连接了
4. 网线断开
   情况结合3中的a）和 b）

TCP小结

为什么TCP这么复杂?因为要保证可靠性,同时⼜尽可能的提⾼性能.
可靠性:
• 校验和
• 序列号(按序到达)
• 确认应答
• 超时重发
• 连接管理
• 流量控制
• 拥塞控制

提高性能:
• 滑动窗⼝
• 快速重传
• 延迟应答
• 捎带应答