TCP协议原理三

Posted 2023-03-07 熬夜磕代码丶

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• 七、延时应答
• 八、捎带应答
• 九、面向字节流
• • 粘包问题
• 十、TCP异常情况
• 总结

七、延时应答

如果说滑动窗口的关键是让窗口大一些，传输速度就快一些。那么延时应答就是在接收方能够处理的前提下，尽可能把ack返回的窗口大小尽可能大一些。
如果在接受数据后立即返回ack应答报文，这时候返回的窗口大小比较小。

假设我们接收端的缓冲区大小为64kb，收到了32kb的数据，如果立即应答，返回的窗口大小就是32kb.
但实际上我们接收端处理数据的速度很快，10ms内就将这32kb的数据处理掉了，这种情况下，接收端处理还没有达到自己的极限，这时我们将窗口放大一些，也是可以处理过来的。
如果我们接收端稍等一会在应答，比如等待200ms后，这时候返回的ack窗口大小就是64kb。

所有的包都可以延时应答吗?
不是。

1. 数量限制：每隔N个包就应答一次
2. 时间限制：超过最大延迟时间就应答一次
   这里的数量和时间不同操作系统有差异，一般超时时间取200ms，N取2
   
   我们可以发现延时应答的方式下，在滑动窗口下并不是每条ack都返回，这里是隔1条发一条。在这等待的时间里，接收方的程序就能把缓冲区的数据处理一波，ack返回的窗口大小就更大了。

八、捎带应答

大多数情况，客户端服务器是"一收一发"的，比如客户端给服务器说了“what’s your name?" ,服务器回回一个"fine, zd"。在我们延时应答的基础上，我们ack就可以一次性将"fine, zd"发给客户端。

这两个响应是处于不同时机的，但是我们TCP存在延时应答，我们就可以让业务数据响应和ack一起发给客户端A

大家需要注意这里和TCP三次握手的区别，TCP三次握手本身就是相同时机，所以一定会合并的。而我们这里是处于不同时机的，只是在延时应答机制下，可能会成为同一时机，所以是有机会合并的。

九、面向字节流

我们在创建一个TCP的时候会在内核中创建一个发送缓冲区与接收缓冲区

我们在调用write时首先数据回写入到发送缓冲区中，如果发送字节数的太短就先在缓冲区里等待，等到缓冲区长度差不多了，或者其他时机发出来。如果发送的字节数太长就会拆分多个TCP数据包发出去。
接受数据的时候，从网卡驱动程序拿到内核的接收缓冲区，然后程序调用read去缓冲区拿数据。
我们TCP的连接也是有发送，接收缓冲区的，对于这一连接既可以读数据，也可以写数据，这也就是全双工

正是因为上述缓冲区的存在，我们TCP的读和写不需要一一匹配。

我们在读15字节数据时，不需要考虑数据时怎么写的，可以一次read15个字节，也可以一次read一个字节，读15次，这就导致我们一次性读到的数据，可能是半个应用层数据报，也可能是一个应用层数据报，也可能是多个应用层数据报
正是因为上述情况，会出现一个经典问题：粘包问题

粘包问题

首先大家需要明确，我们这里的包指的是应用层的数据包，因为站在应用层的角度，看到的只是一连串的字节数据，不知道从那部分到哪部分是一个完整的应用层数据包。

我们应用程序在调用read
如果read 3个字节，此时刚好读到 a b c，读到了一个完整的数据报
如果read 4个字节，此时读到a b c d，读到了一个半数据报
如果read 2个字节，此时读到a b,读到了半个数据报
在我们TCP层次，并没有socket api去告诉我们该读多少字节，完全靠我们程序员字节去负责。
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.约定好分隔符

//伪代码
while(true) 
   byte c = s.read();
   if(c == '分隔符') 
       bread;
    
   

我们之间在写网络通信的时候，使用println写数据就是为了加上这个分隔符。
2.约定好包的长度

byte[] lenBuffer = new byte[4096];
s.read(lenBuffer);
int len = parseInt(b);
byte[] dataBuffer = new bytep[len];
s.read(dataBuffer);

UDP协议，是否会出现粘包问题?
对于UDP来言，如果没有交付给应用层，那么UDP报文长度依然存在，UDP是一个一个将数据交付给应用层，有明确的数据边界，应用层要么收到完整的UDP报文，要么不收。

十、TCP异常情况

这里我们TCP异常分为两大类型
第一类：
进程挂掉了，主机关机了(我们手动关机).
这一类TCP异常，进程挂了，对应的PCB也就没了，对应文件描述符表也就释放了，相当于调用了socket.close()，然后内核会继续完成四次挥手。主机关机也是会杀掉进程然后才关机，和上述进程挂了是相同的过程，此时这些都是属于一个正常断开的流程。

第二类：
主机断电，网线掉网
大家需要注意这种情况，是无法进行四次挥手的。
如果是接收方出现异常，发送方在ack的时候，一直等不到，超时重传之后也收不到ack，如果重传几次后都没有应答，就会重置TCP连接，如果重置后仍然还不能收到ack，那么发送方就单方面放弃了。
如果是发送方出现异常，我们接收方发现没数据了，对方是正在发还是挂掉了，不管什么原因先等一会，但接收方需周期性的给发送方发送一个消息(心跳包 保活机制)，确认对方是否在正常工作。

总结

我们TCP是十分负责的，因为不仅要保证可靠性，而且也要尽可能的提高性能
可靠性：

校验和
序列号(按序到达)
确认应答
超时重传
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