上一节,我们讲的 UDP,基本上包括了传输层所必须的端口字段。它就像我们小时候一样简单,相信“网之初,性本善,不丢包,不乱序”。
后来呢,我们都慢慢长大,了解了社会的残酷,变得复杂而成熟,就像 TCP 协议一样。它之所以这么复杂,那是因为它秉承的是“性恶论”。它天然认为网络环境是恶劣的,丢包、乱序、重传,拥塞都是常有的事情,一言不合就可能送达不了,因而要从算法层面来保证可靠性。
TCP 包头格式
我们先来看 TCP 头的格式。从这个图上可以看出,它比 UDP 复杂得多。
首先,源端口号和目标端口号是不可少的,这一点和 UDP 是一样的。如果没有这两个端口号。数据就不知道应该发给哪个应用。
接下来是包的序号。为什么要给包编号呢?当然是为了解决乱序的问题。不编好号怎么确认哪个应该先来,哪个应该后到呢。编号是为了解决乱序问题。既然是社会老司机,做事当然要稳重,一件件来,面临再复杂的情况,也临危不乱。
还应该有的就是确认序号。发出去的包应该有确认,要不然我怎么知道对方有没有收到呢?如果没有收到就应该重新发送,直到送达。这个可以解决不丢包的问题。作为老司机,做事当然要靠谱,答应了就要做到,暂时做不到也要有个回复。
TCP 是靠谱的协议,但是这不能说明它面临的网络环境好。从 IP 层面来讲,如果网络状况的确那么差,是没有任何可靠性保证的,而作为 IP 的上一层 TCP 也无能为力,唯一能做的就是更加努力,不断重传,通过各种算法保证。也就是说,对于 TCP 来讲,IP 层你丢不丢包,我管不着,但是我在我的层面上,会努力保证可靠性。
这有点像如果你在北京,和客户约十点见面,那么你应该清楚堵车是常态,你干预不了,也控制不了,你唯一能做的就是早走。打车不行就改乘地铁,尽力不失约。
接下来有一些状态位。例如 SYN 是发起一个连接,ACK 是回复,RST 是重新连接,FIN 是结束连接等。TCP 是面向连接的,因而双方要维护连接的状态,这些带状态位的包的发送,会引起双方的状态变更。
不像小时候,随便一个不认识的小朋友都能玩在一起,人大了,就变得礼貌,优雅而警觉,人与人遇到会互相热情的寒暄,离开会不舍的道别,但是人与人之间的信任会经过多次交互才能建立。
还有一个重要的就是窗口大小。TCP 要做流量控制,通信双方各声明一个窗口,标识自己当前能够的处理能力,别发送的太快,撑死我,也别发的太慢,饿死我。
作为老司机,做事情要有分寸,待人要把握尺度,既能适当提出自己的要求,又不强人所难。除了做流量控制以外,TCP 还会做拥塞控制,对于真正的通路堵车不堵车,它无能为力,唯一能做的就是控制自己,也即控制发送的速度。不能改变世界,就改变自己嘛。
作为老司机,要会自我控制,知进退,知道什么时候应该坚持,什么时候应该让步。
通过对 TCP 头的解析,我们知道要掌握 TCP 协议,重点应该关注以下几个问题: