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引言
在前面的內(nèi)容中,我們已經(jīng)詳細(xì)講解了一系列與TCP相關(guān)的面試問(wèn)題。然而,這些問(wèn)題都是基于個(gè)別知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行擴(kuò)展的。今天,我們將重點(diǎn)討論一些場(chǎng)景問(wèn)題,并探討如何解決這些問(wèn)題。
序列號(hào)確認(rèn)問(wèn)題
當(dāng)A主機(jī)與B主機(jī)建立了TCP連接后,A主機(jī)發(fā)送了兩個(gè)TCP報(bào)文,分別大小為500和300字節(jié)。第一個(gè)報(bào)文的序列號(hào)為200。那么當(dāng)B主機(jī)接收到這兩個(gè)報(bào)文后,返回的確認(rèn)號(hào)應(yīng)該是多少呢?
當(dāng)A主機(jī)發(fā)送第一個(gè)TCP報(bào)文時(shí),序列號(hào)為200,大小為500。因此,A主機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)范圍是200-699(包括200和699)。
當(dāng)A主機(jī)發(fā)送第二個(gè)TCP報(bào)文時(shí),序列號(hào)為700,大小為300。因此,A主機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)范圍是700-999(包括700和999)。
當(dāng)B主機(jī)接收到這兩個(gè)報(bào)文后,確認(rèn)號(hào)應(yīng)該是下一個(gè)預(yù)期的序列號(hào)。根據(jù)TCP的規(guī)則,下一個(gè)預(yù)期的序列號(hào)應(yīng)該是接收到的最后一個(gè)字節(jié)的序列號(hào)加上1。
所以,B主機(jī)接收到的最后一個(gè)字節(jié)的序列號(hào)是999,因此,返回的確認(rèn)號(hào)應(yīng)該是1000。
為什么增加的是tcp包的大小而不是單純+1呢?為什么增加的是TCP包的大小而不是簡(jiǎn)單地加1呢?在TCP協(xié)議中,確認(rèn)號(hào)是基于接收到的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)來(lái)計(jì)算的,而不是簡(jiǎn)單地加1。
當(dāng)B主機(jī)接收到A主機(jī)發(fā)送的第一個(gè)500字節(jié)的TCP報(bào)文時(shí),B主機(jī)期望下一個(gè)字節(jié)的序列號(hào)是200 + 500 = 700。由于TCP是面向字節(jié)的傳輸協(xié)議,每個(gè)字節(jié)都有一個(gè)唯一的序列號(hào),因此確認(rèn)號(hào)是基于已接收字節(jié)的累積值。所以,B主機(jī)返回的確認(rèn)號(hào)是700。
接著,當(dāng)B主機(jī)接收到A主機(jī)發(fā)送的第二個(gè)300字節(jié)的TCP報(bào)文時(shí),B主機(jī)期望下一個(gè)字節(jié)的序列號(hào)是700 + 300 = 1000。因此,B主機(jī)返回的確認(rèn)號(hào)是1000。
如何確定上層協(xié)議?
收到一個(gè)IP數(shù)據(jù)包后,操作系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧會(huì)進(jìn)行解析。在解析過(guò)程中,有一個(gè)關(guān)鍵步驟是確定該數(shù)據(jù)包應(yīng)該投遞到上層的哪個(gè)協(xié)議(UDP或TCP)。
為了更好地理解這個(gè)過(guò)程,我們先來(lái)看一下分層協(xié)議結(jié)構(gòu)示意圖:
可以看到,在包裝完TCP頭信息之后,才會(huì)包裝IP頭信息。因此,在IP頭部中應(yīng)該能夠得知當(dāng)前是什么協(xié)議的數(shù)據(jù)包。接下來(lái),我們來(lái)具體查看一下IP頭信息的示意圖:
在IP協(xié)議中,協(xié)議字段用于區(qū)分上層協(xié)議。在Linux系統(tǒng)的/etc/protocols文件中定義了所有上層協(xié)議對(duì)應(yīng)的協(xié)議字段。例如,ICMP的協(xié)議字段為1,TCP的協(xié)議字段為6,UDP的協(xié)議字段為17。
我們知道TCP和UDP是服務(wù)器傳輸數(shù)據(jù)的常用協(xié)議。而ICMP則是用于傳輸網(wǎng)絡(luò)傳輸過(guò)程中的一些中間鏈路的錯(cuò)誤信息反饋。正如之前提到的,路由器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備屬于三層協(xié)議,它們可以判定并修改IP頭部中的信息。
因此,通過(guò)對(duì)IP頭部中的協(xié)議字段進(jìn)行解析,操作系統(tǒng)可以確定接收到的數(shù)據(jù)包應(yīng)該傳遞給哪個(gè)上層協(xié)議進(jìn)行處理。
應(yīng)用程序應(yīng)該如何提供他們自己的記錄標(biāo)識(shí)?
TCP提供了一種字節(jié)流服務(wù),其中發(fā)送方和接收方都不維護(hù)記錄的邊界。這意味著在傳輸過(guò)程中,數(shù)據(jù)可能會(huì)被分割成多個(gè)TCP段,而接收方需要確定每個(gè)段屬于哪個(gè)應(yīng)用程序的記錄。應(yīng)?程序應(yīng)該如何提供他們自己的記錄標(biāo)識(shí)呢?
為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn),應(yīng)用程序可以使用一些方法來(lái)提供自己的記錄標(biāo)識(shí)。以下是一些常用的方法:
- 使用特定的協(xié)議頭或標(biāo)識(shí)符:應(yīng)用程序可以在發(fā)送的數(shù)據(jù)中添加特定的協(xié)議頭或標(biāo)識(shí)符,以便接收方能夠識(shí)別和組合相關(guān)的數(shù)據(jù)段。例如,在Redis的通信協(xié)議(RESP協(xié)議)中,每個(gè)命令或數(shù)據(jù)都以特定的控制字符"\r\n"作為結(jié)束符,這樣接收方就能夠根據(jù)這些結(jié)束符來(lái)識(shí)別和組合記錄。
- 使用固定長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)塊:應(yīng)用程序可以將數(shù)據(jù)劃分為固定長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)塊,并在每個(gè)數(shù)據(jù)塊前添加標(biāo)識(shí)信息。接收方可以根據(jù)這些標(biāo)識(shí)信息來(lái)組合和還原應(yīng)用程序的記錄。
- 使用消息邊界標(biāo)記:應(yīng)用程序可以在數(shù)據(jù)中使用特定的消息邊界標(biāo)記,例如特殊字符或預(yù)定的控制序列。接收方根據(jù)這些邊界標(biāo)記來(lái)確定每個(gè)記錄的邊界。
通過(guò)使用這些方法,應(yīng)用程序可以在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中進(jìn)行分段和還原,從而實(shí)現(xiàn)記錄的完整性和可靠性。這些方法能夠提供自定義的記錄標(biāo)識(shí),使得數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確地組合和還原為應(yīng)用程序的記錄。
TCP 和 UDP 的區(qū)別
TCP(傳輸控制協(xié)議)和UDP(用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議)是兩種常見(jiàn)的互聯(lián)網(wǎng)傳輸協(xié)議,它們?cè)诰W(wǎng)絡(luò)通信中有以下幾個(gè)主要的區(qū)別:
- 連接性:TCP是面向連接的協(xié)議,它在通信前需要建立一個(gè)可靠的連接,然后再進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。而UDP是無(wú)連接的協(xié)議,它不需要建立連接就可以直接發(fā)送數(shù)據(jù)。
- 可靠性:TCP提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸,它使用確認(rèn)機(jī)制、重傳機(jī)制、流量控制、擁塞控制和序列號(hào)等技術(shù)來(lái)確保數(shù)據(jù)的完整性和有序性。UDP則不提供可靠性保證,它只是簡(jiǎn)單地將數(shù)據(jù)包發(fā)送出去,并不關(guān)心是否能夠到達(dá)目標(biāo)。
- 速度:由于TCP提供了可靠性保證和流量控制等機(jī)制,因此它的傳輸速度相對(duì)較慢。而UDP沒(méi)有這些額外的機(jī)制,所以傳輸速度比TCP快。
- 占用資源:TCP需要維護(hù)連接狀態(tài)和緩存等信息,因此占用的系統(tǒng)資源較多。而UDP不需要維護(hù)連接狀態(tài),所以占用的系統(tǒng)資源較少。
- 適用場(chǎng)景:由于TCP提供了可靠性保證,所以在需要確保數(shù)據(jù)完整性和有序性的場(chǎng)景下使用較多,如文件傳輸、網(wǎng)頁(yè)瀏覽等。而UDP適用于實(shí)時(shí)性要求較高的場(chǎng)景,如視頻和音頻流媒體、在線游戲等。
總結(jié)
通過(guò)本文的講解,我們了解了一些關(guān)于TCP的場(chǎng)景問(wèn)題及其解決方法。我們學(xué)習(xí)了如何確定TCP報(bào)文的應(yīng)答號(hào),通過(guò)解析IP頭部的協(xié)議字段來(lái)確定數(shù)據(jù)包的上層協(xié)議,以及應(yīng)用程序如何提供自己的記錄標(biāo)識(shí)。此外,我們還比較了TCP和UDP的區(qū)別,包括連接性、可靠性、速度、資源占用和適用場(chǎng)景等方面。通過(guò)深入理解這些問(wèn)題,我們可以更好地應(yīng)對(duì)TCP相關(guān)的面試和實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景。