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TCP通信协议( 五 )

TCP


② 初始序列号 ISN 是如何随机产生的？
起始 ISN 是基于时钟的，每 4 毫秒 + 1，转一圈要 4.55 个小时 。RFC1948 中提出了一个较好的初始化序列号 ISN 随机生成算法 。
ISN = M + F (localhost, localport, remotehost, remoteport)
M 是一个计时器，这个计时器每隔 4 毫秒加 1
F 是一个 Hash 算法，根据源 IP、目的 IP、源端口、目的端口生成一个随机数值 。要保证 Hash 算法不能被外部轻易推算得出，用 MD5 算法是一个比较好的选择
UDP

TCP通信协议

文章插图
总结
TCP 向上层提供面向连接的可靠服务，UDP 向上层提供无连接不可靠服务
UDP 没有 TCP 传输可靠，但是可以在实时性要求搞的地方有所作为
对数据准确性要求高，速度可以相对较慢的，可以选用TCP
TCP数据可靠性
一句话：通过校验和、序列号、确认应答、超时重传、连接管理、流量控制、拥塞控制等机制来保证可靠性 。
（1）校验和
在数据传输过程中，将发送的数据段都当做一个16位的整数，将这些整数加起来，并且前面的进位不能丢弃，补在最后，然后取反，得到校验和 。
发送方：在发送数据之前计算校验和，并进行校验和的填充 。接收方：收到数据后，对数据以同样的方式进行计算，求出校验和，与发送方进行比较 。
（2）序列号
TCP 传输时将每个字节的数据都进行了编号，这就是序列号 。序列号的作用不仅仅是应答作用，有了序列号能够将接收到的数据根据序列号进行排序，并且去掉重复的数据 。
（3）确认应答
TCP 传输过程中，每次接收方接收到数据后，都会对传输方进行确认应答，也就是发送 ACK 报文，这个 ACK 报文中带有对应的确认序列号，告诉发送方，接收了哪些数据，下一次数据从哪里传 。
（4）超时重传
在进行 TCP 传输时，由于存在确认应答与序列号机制，也就是说发送方发送一部分数据后，都会等待接收方发送的 ACK 报文，并解析 ACK 报文，判断数据是否传输成功 。如果发送方发送完数据后，迟迟都没有接收到接收方传来的 ACK 报文，那么就对刚刚发送的数据进行重发 。
（5）连接管理
就是指三次握手、四次挥手的过程 。
（6）流量控制
如果发送方的发送速度太快，会导致接收方的接收缓冲区填充满了，这时候继续传输数据，就会造成大量丢包，进而引起丢包重传等等一系列问题 。TCP 支持根据接收端的处理能力来决定发送端的发送速度，这就是流量控制机制 。
具体实现方式：接收端将自己的接收缓冲区大小放入 TCP 首部的『窗口大小』字段中，通过 ACK 通知发送端 。
（7）拥塞控制
TCP 传输过程中一开始就发送大量数据，如果当时网络非常拥堵，可能会造成拥堵加剧 。所以 TCP 引入了慢启动机制，在开始发送数据的时候，先发少量的数据探探路 。
TCP协议如何提高传输效率
一句话：TCP 协议提高效率的方式有滑动窗口、快重传、延迟应答、捎带应答等 。
（1）滑动窗口
如果每一个发送的数据段，都要收到 ACK 应答之后再发送下一个数据段，这样的话我们效率很低，大部分时间都用在了等待 ACK 应答上了 。
为了提高效率我们可以一次发送多条数据，这样就能使等待时间大大减少，从而提高性能 。窗口大小指的是无需等待确认应答而可以继续发送数据的最大值 。
（2）快重传
快重传也叫高速重发控制 。
那么如果出现了丢包，需要进行重传 。一般分为两种情况：
情况一：数据包已经抵达，ACK被丢了 。这种情况下，部分ACK丢了并不影响，因为可以通过后续的ACK进行确认；
情况二：数据包直接丢了 。发送端会连续收到多个相同的 ACK 确认，发送端立即将对应丢失的数据重传 。
（3）延迟应答
如果接收数据的主机立刻返回ACK应答，这时候返回的窗口大小可能比较小 。
假设接收端缓冲区为1M，一次收到了512K的数据；如果立刻应答，返回的窗口就是512K；
但实际上可能处理端处理速度很快，10ms之内就把512K的数据从缓存区消费掉了；
在这种情况下，接收端处理还远没有达到自己的极限，即使窗口再放大一些，也能处理过来；
如果接收端稍微等一会在应答，比如等待200ms再应答，那么这个时候返回的窗口大小就是1M；
窗口越大，网络吞吐量就越大，传输效率就越高；我们的目标是在保证网络不拥塞的情况下尽量提高传输效率 。


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