Overview
- 当我们说,
TCP
是可靠的,我们在表达什么? 或者说,TCP
协议是怎么保证可靠的?
实现机制其实非常简单,就是靠ack
与seq
机制,我们直接看TCP Header
。
也就是Sequence Number
和Acknowledgment Number
。TCP
的通信与HTTP
不通,它并不是一个请求对应一个响应,为了加快传输的效率(因为一来一回就是一个RTT啊),TCP
的通信机制允许一次发送多个数据包,然后多个发送包可以对应一个响应包,也就是所谓ACK
包。
那TCP
到底如何保证发送的数据被接收到了呢?就是靠接收方返回的数据包中的ack
字段。
比如ack=1000
,接收方告诉发送方:嗨,老兄。你刚才发了很多数据嘛,我跟你讲,1000
字节以前的数据我都收到了,下次发送就从1000
字节开始发哈。
seq
和ack
就是这么重要。下面让我们学习一下在TCP
通信的不同阶段,它们之间可能都有什么数量关系吧~
Example
Three-way Handshake
在三次握手和四次挥手的过程中,没有应用层数据,即有效载荷为0
.
但是三次握手中的SYN
标志、四次挥手的FIN
标志都算作:载荷为1
,即实际上Len=1
。
眼见为实,以三次握手为例:
我们看30
号包:seq=0
,载荷TCP Len
也为0
,但31
号包是怎么说的?
31
号包的ACK=1
,好比30
号包发送了1 byte
的数据。
但30
号包真的没有携带
1、TCP Len
显式为0
2、IP
包显式长度为60
。Length = IP Header + TCP Header + TCP Len
,其中TCP Header
包含固定部分以及Options
部分,固定部分为20
字节,Options
部分为20
字节,IP Header
部分为20
字节,加在一起,可以得出TCP Len = 0
。
32
号包的seq=1
,算是坐实了SYN
这个标志值1 byte
。
client
端SYN
标志占据1 byte
,同样的,server
端的SYN
标志也占用1 byte
。
何以见得?还是看32
号包:
32
号包的ACK=1
!
关于这一点,Stevens
在《TCP/IP Illustrated,Volume 1
》是这么说的:
The sequence number of the first byte of data sent on this direction of the connection is the ISN plus 1 because the SYN bit field consumes one sequence number. As we shall see later, consuming a sequence number also implies reliable delivery using retransmission. Thus, SYNs and application bytes (and FINs, which we will see later) are reliably delivered. ACKs, which do not consume sequence numbers, are not.
让我们直接来看真实的网络包吧~
Data Transmission
正常通信的过程,那就是对端的Ack=发送端的Seq+Len
这是一次简单的HTTP GET
请求。
我们看33
号包,client
发出GET
请求,其seq=1
,载荷TCP Len=106
,它下一次数据包的seq
应该就是从seq+tcp len = 107
开始。
何以见得?请看34
号包,server
表示收到了client
,也就是33
号包发过来的请求,它进行了确认ack=107
。正如开头所说,这就是TCP
可靠性的真谛。
紧接着,36
号包,client
再次发送了数据包,它的seq
果真就是107
。bingo
。
TCP Keep-alive
发送端seq
龟缩大法
仔细观察,TCP
保活机制中的包会有一种seq
回退现象。
25
号包
seq=1539,nextSeq=1578
,说明它下一个包的seq
应该从1578
开始发起。
但它并没有!
27
号包 -keep-alive
它的seq
居然是从1577
开始,比1578
少了一个byte
,这是为什么?
向后看,原来27
号包是TCP Keep-Alive
包,seq
会发生回退。
28
号包 -keep-alive ack
作为27
号包的响应包,它的ack=1578
。如果后面是正常的数据传输,发送端的seq
确实应该seq=1578
开始传输。但如果发送端依然是保活包,也就是keep-alive
的话,seq
依然会从1578-1=1577
开始。你不信的话,就看29
号包!
Application Keep-alive
本质上就是应用层进行了数据传输。
上述网络包表示应用层自己实现的保活机制。保活包中的请求和响应都分别携带1 byte
的数据,这一点可以从图中的TCP Payload Length
看出。
所以相比TCP
自身的保活机制,这里没什么稀奇古怪的。
拿250
号包来说,seq=6190
,len=1
,那么确认250
号包的ack
应该为seq+len=6191
。
查看251
号包中的ack
字段,发现的确如此!
这对于TCP
来说,其实就是普普通通的数据传输过程。
Summary
让我们总结一下:
- 三次握手、四次挥手:
ack = seq+1
(1
指的是SYN
、FIN
标志,表示它们很重要) - 数据传输:
ack = seq + len
TCP
心跳保活:keep-alive
包的seq
会发生回退减1
的情况,keep-alive-ack
的ack
是正常的。- 应用层的心跳保活:
ack = seq + len
,只不过是一种特殊的数据传输过程而已啦
Reference
- 极客时间《网络排查案例课》
- 林沛满《Wireshark网络分析的艺术》
- Richard Stevens《TCP/IP Illustrated, Volume 1》