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TCP协议

TCP收发数据流程

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建立连接(三次握手)

TCP协议要实现数据的收发,必须要先建立连接。

连接的本质其实就是双方各自开辟的一块儿内存空间,空间中主要是数据缓冲区和一些变量。

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连接建立的过程需要经过三次数据报传输,因此称之为三次握手

开始

客户端:我说话能听见吗?

服务器:能听见,我说话能听见吗?

客户端:能听见

结束

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TCP 协议通过三次握手建立可靠的点对点连接,具体过程是:

首先服务器进入监听状态,然后即可处理客户端发起的连接。

第一次握手:建立连接时,客户端发送 SYN 包到服务器,并进入 SYN_SENT 状态,等待服务器确认。在发送的包中还会包含一个初始序列号 seq。此次握手的含义是客户端希望与服务器建立连接。

第二次握手:服务器收到 SYN 包,然后回应给客户端一个 SYN+ACK 包,此时服务器进入 SYN_RCVD 状态。此次握手的含义是服务端回应客户端,表示已收到并同意客户端的连接请求。

第三次握手:客户端收到服务器的 SYN 包后,向服务器再次发送 ACK 包,并进入 ESTAB_LISHED 状态。

最后,服务端收到客户端的 ACK 包,于是也进入 ESTAB_LISHED 状态,至此,连接建立完成。

TCP如何收发数据

分段发送

将完整的数据按字节编号,每次只取一部分数据进行发送,每次发送时,会在取出的数据添加一个头部。

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可靠传输

在TCP协议中,任何时候、任何一方都可以主动发送数据给另一方。

为了解决数据报丢失、数据报错乱等问题,TCP协议要求:接收方收到数据报后,必须对数据报进行确认!

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  • seq:表示这次数据报的序号
  • ACK:表示这次数据报是一个确认数据报
  • ack:表示期望下一次接收的数据报序号

发送方如果长时间没有收到确认数据报(ACK=1),则会判定丢失或者是错误,然后重发。

销毁连接(四次挥手)

开始

客户端:我说完了,挂了?

服务器:我明白你说完了,但别忙挂,我还有话要说。

服务器继续说......

服务器:我也说完了,挂了?

客户端:好的!

结束

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任意一方都可以主动销毁连接,当需要销毁连接时,需要进行四次挥手才能销毁:

  1. 客户端向服务端发送 FIN 包,表示客户端主动要关闭连接,然后进入 FIN_WAIT_1 状态,等待服务端返回 ACK 包。此后客户端不能再向服务端发送数据,但能读取数据。
  2. 服务端收到 FIN 包后向客户端发送 ACK 包,然后进入 CLOSE_WAIT 状态,此后服务端不能再读取数据,但可以继续向客户端发送数据。
  3. 客户端收到服务端返回的 ACK 包后进入 FIN_WAIT_2 状态,等待服务端发送 FIN 包。
  4. 服务端完成数据的发送后,将 FIN 包发送给客户端,然后进入 LAST_ACK 状态,等待客户端返回 ACK 包,此后服务端既不能读取数据,也不能发送数据。
  5. 客户端收到 FIN 包后向服务端发送 ACK 包,然后进入 TIME_WAIT 状态,接着等待足够长的时间(2MSL,相当于数据在客户端服务器端来回的时间)以确保服务端接收到 ACK 包,最后回到 CLOSED 状态,释放网络资源。如果没有等足够长的时间就关闭,服务器有可能没接收到,导致服务器一直发送 FIN 包而无法进入 CLOSED 状态并释放网络资源。
  6. 服务端收到客户端返回的 ACK 包后便回到 CLOSED 状态,释放网络资源。

HTTP和TCP的关系

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HTTP协议是对内容格式的规定,它使用了TCP协议完成消息的可靠传输

在具体使用TCP协议时:

  1. 客户端发消息给服务器叫做请求,服务器发消息给客户端叫做响应
  2. 使用HTTP协议的服务器不会主动发消息给客户端(尽管TCP可以),只对请求进行响应
  3. 每一个HTTP请求-响应,都要先建立TCP连接(三次握手),然后完成请求-响应后,再销毁连接(四次挥手)。这就导致每次请求-响应都是相互独立的,无法保持状态。