tcp ip高效编程 笔记

CS架构与对等实体

基本套接字API回顾

SOCKET socket (int domain, int type, int protocol)
// 成功返回套接字描述符，失败时返回-1

套接字API与协议无关。

domain是个常量，表示通信域，有以下两个

AF_INET
AF_LOCAL

type说明套接字的类型，有常见的以下几种

SOCK_STREAM
SOCK_DGRAM
SOCK_RAW

protocol说明使用哪种协议，对tcp/ip来说，可以直接由type字段隐式说明，参数被设置为0

int connect (SOCKET s, const struct socketaddr *peer, int peer_len)
// 成功时返回0， 失败时返回非0

• s: 套接字描述符
• peer: 是一个地址结构，存储对等实体的地址和其他信息
• peer_len； 是地址结构的长度

connect一旦建立起来，就可以传输数据。在unix中，套接字描述符可以像文件描述符那样调用read和write。但是windows

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

参数s, buf, len和read, write参数一样。flags通常和系统有关。

unix和win都支持以下flag

瞥一眼

理解面向连接和无连接协议的区别

• 面向连接和无连接，指的都是协议，不是物理介质，是指数据在介质上如何传输
• 本质区别是， 对于无连接协议，每个分组的处理都是独立的。对于面向连接的协议，分组还要维护后续分组的相关信息。
• 无连接协议是面向连接协议的基础

无连接协议就像是寄信，每封信都有自己的收件人地址，你可以同时给多个人寄信。邮局处理信件也不会管每封信之间的关系。

面向连接的协议就像是打电话，一个人先拨号，等另一个人说喂，然后自己在说我是某某某。说完话了，一个人会说，拜拜，另一个也会说拜拜。 有时候你听不清楚对方在说什么，还会说：麻烦你在说一遍，我没听清。或者：你说的太快了，麻烦说慢一点。

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应用程序
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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的每个分组成为段（segment）, 是放在IP数据包中发送的。但是IP数据报并不保证数据的可靠到达。所以TCP必须自己实现可靠性。

TCP使用三个功能实现可靠性

校验和
序列号
确认重传机制

TCP的三个功能中，确认重传机制最为复杂。

TCP接收窗口

TCP到达时，所有序列号在窗口范围之外的，都会被直接丢弃

TCP发送窗口

• 发送窗口分为两个部分，已经发送出的但是还没有收到确认的，还有可以发送但还没有发送的
• 在4-7字节已经发送出去之后，TCP会启动一个RTO(retransmission timeout)超时重传定时器，如果定时器超时之前这四个字节没有被确认，就会重传这四个字节。要注意重传的自己可以要比四个字节要多。
• 重传并不意味着数据没有到达目的地，也有可能是ACK丢失

TCP是一种流协议

TCP是一种流协议，并没有固定的报文和报文流的概念。

发送两次报文并不发送两个独立的实体，两次调用send, 只是将数据交给底层TCP/IP栈。至于底层是如何发送这两个数据的，由底层自己决定。

底层将数据发出去有很多决定因素

• 发送窗口
• 拥塞窗口
• 路径最大传输单元
• 输出队列中有多少数据

不要低估TCP的性能

TCP并不是绝对可靠

• 故障模式
• 对等实体崩溃
• 网络中断

不要把OSI七层模型太当回事

实际上OSI模型由很多缺点，本质上说OSI协议已经停用了。OSI模型是理想，TCP/IP才是现实。

理解TCP写操作

• 从应用程序角度看，send
• 从TCP角度看，慢启动，ng算法

TIME-WAIT

• 通常，只有主动关闭连接的一方会进入TIME-WAIT阶段
• RFC 793将MSL定义为两分钟，那么2MSL就是4分钟。实际的操作系统可以将MSL设置为更低的值，如30秒。
• 如果连接处于TIME-WAIT阶段，又有分组到达，就会重启2MSL定时器。

使用TIME-WAIT的目的

• 维护连接状态，以防主动发起连接关闭的哪一方最后一个ACK丢失造成另一端发送FIN
• 耗尽网络中所有此连接的走失提供时间

想一想，如果主机1在发出ACK之后立即关闭了连接，会发生什么事？

AB分别为主机

有 TIME-WAIT状态时，如果ACK丢失，那么B会重发FIN, A处于TIME_WAIT阶段时，再次收到FIN, 那么就会再次发送ACK, 并重启激动2MSL计时。

无TIME-WAIT状态时, 主机A的收到FIN后，立即释放端口，那么该端口处于未监听状态。当数据被发送到为监听的端口时，发送方会收到链接重置的报文。

无TIME-WAIT状态时, 主机A的端口已经被新的应用程序占用，新的连接的数据可能被迟来的数据破坏。

TCP的状态转移图

• TCP一共有11中状态
• 左下角虚线方框中是主动关闭方关闭时会经历的状态转移

尽可能写入一个大块数据，而不是频繁的写入小块的数据

参考书籍

• TCP/IP高效编程
• TCP/IP详解 卷1：协议
• UNIX网络编程 卷1：套接字联网API（第3版）