从TCP到Socket，彻底理解网络编程是怎么回事
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另外，本文实现了一个基本的客户端和服务端通信的程序，这个模式的通信在实际生产中几乎不再使用。在实际生产中为了提高数据传输和处理的效率，通常采用异步模式，这些内容超出了本文的介绍范围，后续文章会逐渐介绍。 TCP协议详解 前文说了网络协议是网络中不同计算机信息通信的语言，为了实现交互，这个语言就需要有一定的格式。本文以TCP协议为例进行介绍。 TCP协议是一个可靠的传输协议，其可靠性表现在2方面，一方面是保证数据包可以按照发送的顺序到达，另外一方面是保证数据包一定程度的正确性(后文详解为什么是一定程度上的正确性)。其可靠性的实现则基于2点技术，一点是具有一个CRC校验，这样如果数据包中的某些数据出现错误可以通过该校验和发现;另外一点是每个数据包都有一个序号，这样就能保证数据包的顺序性，如果出现错位的数据包可以请求重发。 既然说到了格式，那我们先看一下TCP数据包的数据格式。如下图是TCP数据包的格式，包括原端口、目的端口、序列号和标识位等等内容，内容有些多，看着可能有点眼花。但从大的方面理解，这个数据包其实只包含2部分内容，一个是包头，另外一个则是具体需要传输的数据。在TCP协议的控制逻辑中，包头起着最为关键的作用，它是TCP协议中诸如建立连接、断开连接、重传和错误校验等各种特性的基础。 图2 TCP数据包格式 包头的其它信息的含义都比较明了，本文仅仅介绍几个标志位(URG、ACK、PSH、RST、SYN和FIN)的含义。具体含义如下：
连接的建立 TCP在具体传输数据之前需要建立连接。这里的连接并不是物理连接，物理连接基于底层的协议已经建立完成，而且TCP建立连接也是要假设底层连接已经成功，TCP的连接其实是一个虚拟的，逻辑的连接。简单粗暴的理解，就是客户端和服务端分别记录了各自接受到的数据包的序号，并且将自身设置为某种状态。在TCP协议中，连接的建立通常成为3次握手，从字面的概念可以看出，连接的建立需要经过3次确认的过程。 图3 建立连接的3次握手 TCP协议3次握手的过程如图所示，初始状态客户端和服务端都处于关闭状态。主要过程分为3步：
从上面流程可以看出，连接的建立需要经过多次交互，这就是我们日常中所说的建立连接是高成本的操作。在实际生产环境中，为了应对这个问题，会减少连接建立的频度，通常的做法是建立连接池，传输数据时直接从连接池中获取连接，而不是新建连接。 有人可能觉得可以对建立连接的过程进行优化，比如将客户端最后一次的确认取消掉，觉得这个没有卵用。对于正常情况确实没有多大的作用，这里主要是应对异常情况。因为网络拓扑是非常复杂的，特别是在广域网中，有着数不清的网络节点，因此会出现各种异常情况。因此，TCP协议在设计的时候必须要保证异常情况下的可靠性。 我们这里举一个例子，就是连接请求超时的情况。假设客户端向服务端发送一个连接请求，由于各种原因，请求一直没有到达服务端，因此服务端也就没有回复连接确认消息。客户端连接超时，因此客户端重新发送一个连接请求到服务端，这次比较顺利，很快到达了，并且顺利建立了连接。之后，前一个数据包经过长途跋涉最终还是到了服务端，服务端也向客户端发送了回复数据包，服务端认为连接是建立成功的，并且会维持连接。但客户端层面认为连接是超时的，因此将永远不会关闭该连接。这样就会造成服务端有残留的资源，从而造成服务端资源浪费，久而久之可能会导致服务端无新连接资源可用。 另外一个需要说明的是客户端和服务端的套接字都有相应的状态，而且状态会随着连接的不同阶段变化。初始状态都是CLOSE，最终连接建立成功后都是ESTABLISHED,具体变化过程如图3所示。后面本文会详细介绍状态变化情况。 传输数据 完成连接建立之后，客户端和服务端就可以进行数据传输了。我们知道TCP是可靠的传输，那么传输的可靠性是通过什么来保证的呢?主要就是通过包头中的校验和、请求序列号和应答序列号(参考图2)。 TCP数据内容的可靠性是通过校验和保证的。TCP在发送数据时都会计算整个数据包的校验和，并存储在包头的校验和字段中。接收方会按照规则进行计算，从而确认接收到的数据是否是正确的。发送发计算校验和的流程大概如下：
接收方将所有原码相加，高位叠加，如果全为1则表示数据正确，否则说明数据有错误。 （编辑：新余站长网） 【声明】本站内容均来自网络，其相关言论仅代表作者个人观点，不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利，请及时与联系站长删除相关内容! |
