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网络基础知识:TCP协议讲解

楼主#
更多 发布于:2011-08-28 15:36
 现在我们来介绍一下TCP协议的运行问题,因为我们对TCP协议实际上是什么样子知道的并不多。
  上个星期介绍TCP协议时曾许诺本文将更详细地讲解TCP协议。现在我们来介绍一下TCP协议的运行问题,因为我们对TCP协议实际上是什么样子知道的并不多。
  我们说过,TCP协议在能够发送数据之前就建立起了“连接”。要实现这个连接,启动TCP连接的那一方首先将发送一个SYN(回忆一下在上一篇文章中讲到的TCP包头格式)数据包。这只是一个不包含数据的数据包,然后,打开SYN标记。如果另一方同时在它收到SYN标记的端口通话,它将发回一个SYN+ACK:SYN和ACK标志位都被打开,并将ACK(确认)编号字段设定为刚收到的那个数据包的顺序号字段的值。接下来,连接发起方为了表示收到了这个SYN+ACK信息,会向发送方发送一个最终的确认信息(ACK包)。这种SYN、SYN+ACK、ACK的步骤被称为TCP连接建立时的“三次握手”。在这之后,连接就建立起来了。这个连接将一直保持活动状态,直到超时或者任何一方发出一个FIN(结束)信号。
  任何一方都可以关闭一个TCP连接,要求双方发送一个FIN信号关闭自己的通讯频道。一方可以在另一方之前关闭,或者双方同时关闭TCP连接。因此,当一方发送一个FIN信号时,另一方可发送“FIN+ACK”,开始关闭自己一方的通信并且确认收到了第一个FIN信号。发送第一个FIN信号的人接下来再发送一个“FIN+ACK”信息,确认收到第二个FIN信号。另一方就知道这个连接已经关闭了,并且关闭了自己的连接。发送第一个FIN的人没有办法收到最后一个ACK信号的确认信息。这时它会进入“TIME_WAIT”(等待时间)状态并启动一个定时器,防止另一方没有收到ACK信息并且认为连接仍是打开的。一般来说,这个状态会持续1至2分钟。
  现在,我们来讨论第一个问题。如果有人(假如一个黑客)在你的web服务器上留下一个半开或者半关的连接,那就是一个坏消息。每一个连接都要消耗内存,打开数千个虚假的TCP连接可能导致服务器瘫痪。当然,你实际上不可能在不影响TCP正常工作的情况下调整TCP定时器。如果你听说过TCPSYN攻击的话,那就是这个意思。为了防止出现这种情况,大多数操作系统都要限制半开连接的数量。例如,Linux默认的限制一般是256个。
  我们前面提过将讨论关于持续流控制问题,现在我们就来讨论这个问题。TCP中实现它的机制是TCP滑动窗口机制。TCP协议使用“重新发送与正向ACK”来保证数据传输的可靠性。发送方将等待一段时间,如果没有收到其发送的数据包的ACK确认信息,发送方就要重新发送。顺便说一下,TCP协议中有许多定时器。这只是其中一个定时器。ACK的概念对于流控制是非常重要的,因为TCP滑动窗口协议使TCP的往复确认变得更有效率。如果TCP要发送一个数据包并且等待每一个ACK确认信息,它实际上就把数据吞吐量削减了一半。
  理想的情况是,我们能够一次发送许多数据包,然后等待收到一个确认收到全部数据包的ACK信息,而不用对方发来更多的数据。但是,我们如何知道发送了多少个数据包呢?TCP窗口尺寸可以控制在“已发送但是没有确认”的状态下能够容纳多少个数据包。如果这个窗口尺寸很大,我们不必等待ACK信息就可以发送大量的数据包。这实际上就是流控制。
  接收方就是控制窗口大小的那一方。如果接收方将窗口大小设为“0”,那么,发送方根本就不能发送任何数据。如果这个窗口的尺寸是“1”,那么,我们就回到了简单的“发送和等待ACK”的协议。如果最后的窗口尺寸是“0”,发送者将发出一个探测信号以搞清这个窗口什么时间再次打开。如果发送方从来没有收到ACK信息,它就一直不断地重试,直到定时器过期。请记住,这个窗口尺寸在TCP头中是一个16位字
 


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