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TCP/TP協議網路程式設計

1.網路程式設計含義:本質是兩個裝置之間的資料交換。基於請求/響應方式。傳送請求的為客戶端系統,等待請求的為伺服器系統。兩者一旦建起連線,就可以傳輸送資料。

每一個計算機可以有多個網絡卡裝置,每一個網絡卡有一個唯一的IP地址。同一個網路內部,不能有重複的IP地址。域名與IP地址一一對應由DNS轉化。

計算機可以執行多個程式,規定一個裝置可以有65536個埠,每一個埠對應一個唯一的程式。實際程式設計時採用1024以後的埠。使用埠可以找到一臺裝置上唯一的一個程式,並與之交換資料。

資料傳輸方式:不管有線還是無線。TCP:只需建立一次連線就可以多次傳輸。傳輸速度不快。

UDP:使用者資料報協議方式,不建立穩定連線,每次傳送資料都直接傳送。傳送多次就要多次連線類似簡訊,資料有可能

收不到,開銷小,資料有可能會丟失。

協議:傳輸資料的格式。

基於socket網路程式設計:系統呼叫socket(),返回套接字描述符來呼叫send()和recv()。世界有多種套接字。封裝概念。

Internet套接字:STREAM流套接字,例如TCP,資料報DATAGRAM套接字例如UDP。優點是

寫一個套接字程式而不用關心資料的物理傳輸(序列,乙太網,連線單元介面,usb介面等)。

兩種位元組排列順序:網路位元組順序=重要位元組在前面,非網路位元組順序=本機位元組順序。

socket()函式返回一個整形socketfd,bind()函式繫結本機合適的埠,有connect可不用。

connect函式,與目的IP地址連結,自動分配本機埠。listen()函式不與遠端IP地址相連,只是等待

接受或者說監測該IP地址的埠。accept告訴對方有空閒連結,,返回一個新的套接字檔案描述符。原來的一個還在監聽該埠

,現在這一個套接字準備傳送send和接受recv資料。closed和shuatdown函式關閉套接字描述符 

阻塞:一直在等待資料的到來。不停執行。select()同時監視多個套接字的讀,寫,例外狀態。

TCP/IP協議包含許多協議,重點講TCP協議。乙太網資料包大小固定1500多位元組,TCP資料包為1400位元組左右。傳送一個10M的檔案需要傳送7100個包。TCP協議為包進行編號。第一個包的編號為隨機數。每個資料包有自身包編號還有下一個包的編號,根據包的負載來決定。組裝和還原均有系統完成,應用程式不管。持續接收TCP資料包,管理好。TCP包裡

有一個埠引數,就是用來指定轉交給監聽該埠的應用程式。

務器傳送資料包,當然越快越好,最好一次性全發出去。但是,發得太快,就有可能丟包。頻寬小、路由器過熱、快取溢位等許多因素都會導致丟包。線路不好的話,發得越快,丟得越多。TCP 協議為了做到效率與可靠性的統一,設計了一個慢啟動(slow start)機制。開始的時候,傳送得較慢,然後根據丟包的情況,調整速率:如果不丟包,就加快傳送速度;如果丟包,就降低傳送速度。

TCP慢啟動

剛開始通訊的時候,傳送方一次性發送10個數據包,即”傳送視窗”的大小為10。然後停下來,等待接收方的確認,再繼續傳送。

預設情況下,接收方每收到兩個 TCP 資料包,就要傳送一個確認訊息。”確認”的英語是 acknowledgement,所以這個確認訊息就簡稱 ACK。ACK 攜帶兩個資訊:期待要收到下一個資料包的編號,接收方的接收視窗的剩餘容量。

傳送方有了這兩個資訊,再加上自己已經發出的資料包的最新編號,就會推測出接收方大概的接收速度,從而降低或增加發送速率。這被稱為”傳送視窗”,這個視窗的大小是可變的。

TCP可以雙向通訊,雙方均傳送ACK。如果包丟失,那麼ACK的編號就不會變化,傳送方就會收到大量重複內容的ACK,就會

確認丟包,TCP就會再次傳送該包。

TCP的三次連線:TCP報頭主要包括:序號,確認號,標誌位。在傳送資料之前。

序號:Seq序號,佔32位,用來標識從TCP源端向目的端傳送的位元組流,發起方傳送資料時對此進行標記。

確認序號:Ack序號,佔32位,只有ACK標誌位為1時,確認序號欄位才有效,Ack=Seq+1期待下一個包的序號。

標誌位:共6個,即URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN等,具體含義如下:

  (A)URG:緊急指標(urgent pointer)有效。
  (B)ACK:確認序號有效。
  (C)PSH:接收方應該儘快將這個報文交給應用層。
  (D)RST:重置連線。
  (E)SYN:發起一個新連線。
  (F)FIN:釋放一個連線。

  1. 請求端(通常稱為客戶)傳送一個SYN段指明客戶打算連線的伺服器的埠,以及初始序號(ISN,在這個例子中為1415531521)。這個SYN段為報文段1。
  2. 伺服器發回包含伺服器的初始序號的SYN報文段(報文段2)作為應答。同時,將確認序號設定為客戶的ISN加1以對客戶的SYN報文段進行確認。一個SYN將佔用一個序號。
  3. 客戶必須將確認序號設定為伺服器的ISN加1以對伺服器的SYN報文段進行確認(報文段3)。搞清楚到底連線時傳送的是喊什麼?

1)第一次握手:Client將標誌位SYN置為1,隨機產生一個值seq=J,並將該資料包傳送給Server,Client進入SYN_SENT狀態,等待Server確認。
  (2)第二次握手:Server收到資料包後由標誌位SYN=1知道Client請求建立連線,Server將標誌位SYN和ACK都置為1,ack=J+1,隨機產生一個值seq=K,並將該資料包傳送給Client以確認連線請求,Server進入SYN_RCVD狀態。
  (3)第三次握手:Client收到確認後,檢查ack是否為J+1,ACK是否為1,如果正確則將標誌位ACK置為1,ack=K+1,並將該資料包傳送給Server,Server檢查ack是否為K+1,ACK是否為1,如果正確則連線建立成功,Client和Server進入ESTABLISHED狀態,完成三次握手,隨後Client與Server之間可以開始傳輸資料了。就是指建立一個TCP連線時,需要客戶端和服務端總共傳送3個包以確認連線的建立。在socket程式設計中,這一過程由客戶端執行connect來觸發。

TCP四次揮手:

由於TCP連線時全雙工的,因此,每個方向都必須要單獨進行關閉,這一原則是當一方完成資料傳送任務後,傳送一個FIN來終止這一方向的連線,收到一個FIN只是意味著這一方向上沒有資料流動了,即不會再收到資料了,但是在這個TCP連線上仍然能夠傳送資料,直到這一方向也傳送了FIN。首先進行關閉的一方將執行主動關閉,而另一方則執行被動關閉,上圖描述的即是如此。
 (1)第一次揮手:Client傳送一個FIN,用來關閉Client到Server的資料傳送,Client進入FIN_WAIT_1狀態。Client不會再發送資料。
  (2)第二次揮手:Server收到FIN後,傳送一個ACK給Client,確認序號為收到序號+1(與SYN相同,一個FIN佔用一個序號),Server進入CLOSE_WAIT狀態。SERVER不會再接收資料
 (3)第三次揮手:Server傳送一個FIN,用來關閉Server到Client的資料傳送,Server進入LAST_ACK狀態。SERVER不會再發送資料
  (4)第四次揮手:Client收到FIN後,Client進入TIME_WAIT狀態,接著傳送一個ACK給Server,確認序號為收到序號+1,Server進入CLOSED狀態,完成四次揮手。Client不會再接收資料。一共要傳送四個包的資料。