网络基础知识

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2.3 收发数据><

将HTTP请求消息交给协议栈- 2.3.1 -

当控制流程从connect回到应用程序之后,就进入了数据收发阶段。数据收发操作是从应用程序调用write将要发送的数据交给协议栈开始的。在数据收发阶段,协议栈负责将应用程序的数据转换成可以在网络上传输的格式,并通过网络硬件发送出去。

以下是数据收发操作包含的要点:

  1. 将HTTP请求消息交给协议栈:在Web应用程序中,当需要向服务器发送HTTP请求时,应用程序会通过write函数将要发送的数据写入套接字。这些数据通常是以HTTP请求消息的形式组织的,包含了请求方法、请求的URL、请求头等信息。协议栈接收到这些数据后,会根据HTTP协议的规范对这些数据进行进一步的处理和封装。

  2. 数据封装与协议转换:协议栈会将应用程序提供的数据封装在一个或多个数据包中,每个数据包都包含了要发送的数据和控制信息(如目的地址、端口号等)。根据使用的协议(如TCP或UDP),协议栈会对数据进行相应的封装和格式化。对于TCP协议,还需要维护连接的状态,如序列号、确认号等。

  3. 数据传输:封装完成后,协议栈会将数据包交给网络硬件(如网卡)进行发送。网络硬件会将数据转换成适合在网络上传输的信号(如电信号或光信号),并通过物理网络发送出去。发送过程中可能还需要经过路由器的转发,以到达目标服务器。

  4. 接收确认与流量控制:在数据发送过程中,协议栈还会执行一些重要的控制操作,如接收确认和流量控制。接收确认是指当目标服务器成功接收到数据后,会发送一个确认包给发送端,告知数据已成功接收。流量控制是为了防止发送方发送数据的速率过快,导致接收方来不及处理而采取的一种控制机制。

  5. 错误检测与处理:在数据传输过程中,可能会发生各种错误,如数据包丢失、数据包损坏等。协议栈会进行错误检测和处理,以确保数据的可靠传输。例如,TCP协议使用校验和机制来检测数据包的完整性,并在必要时进行重传。

  6. 关闭连接:当通信完成后,应用程序可以调用close函数来关闭套接字和释放相关资源。关闭连接的过程涉及到一系列的控制操作,如发送关闭连接请求、等待确认等。

对较大的数据进行拆分- 2.3.2 -

当需要提交的数据量较大,超过一个网络包所能容纳的数据量时,就需要进行拆分。拆分的主要目的是将大块数据分成较小的数据块,以便能够逐个发送,并在接收端再重新组合成完整的数据。

在这种情况下,发送缓冲区中的数据会被以MSS(Maximum Segment Size,最大分段大小)的长度为单位进行拆分。MSS是TCP协议中定义的一个参数,表示TCP段的最大长度。拆分出来的每块数据会被放进单独的网络包中,然后逐个发送出去。

具体来说,拆分的步骤如下:

  1. 数据分段:当发送的数据量超过MSS时,协议栈会将数据按照MSS的长度进行分段。每个分段都包含一部分的数据内容,并在数据段前添加必要的控制信息,如TCP头部、IP头部等。

  2. 发送数据段:分段完成后,协议栈会将每个数据段放入单独的网络包中,并通过网络硬件发送出去。发送过程中可能会经过路由器的转发,直到数据包到达目标服务器。

  3. 接收端重组:在接收端,协议栈会接收到一系列的数据包,然后根据每个数据包中的控制信息(如序列号、校验和等)进行重组,将各个分段重新组合成完整的数据。

  4. 处理丢失或损坏的数据段:在网络通信中,可能会发生数据包丢失或损坏的情况。为了确保数据的完整性,协议栈会采取一些机制来处理丢失或损坏的数据段,如重传丢失的数据包或请求重新发送损坏的数据段。

通过这样的拆分和重组过程,即使在数据量较大时,也能够实现可靠和高效的数据传输。同时,这种拆分和重组的过程对应用程序是透明的,应用程序不需要关心底层的数据传输细节。

使用ACK号确认网络包已收到- 2.3.3 -

在TCP协议中,确认号(ACK号)用于确认接收端已成功接收到网络包。当发送端发送了一个数据包给接收端后,接收端会返回一个确认包给发送端,其中包含一个确认号。这个确认号指明了接收端已成功接收到哪个序列号之后的数据包。

具体来说,TCP协议使用一个确认号字段在ACK包中,该字段包含一个序列号,表示接收端期望接收到的下一个数据包的序列号。通过确认号的机制,发送端可以知道哪些数据包已被成功接收,哪些数据包可能丢失或损坏,并在必要时采取重传等措施来保证数据的可靠传输。

在TCP协议中,发送端和接收端都维护了一个序列号,用于标识数据包的顺序。当发送端发送数据时,会根据当前序列号生成数据包并发送给接收端。接收端接收到数据包后,会根据其内部的序列号进行排序,并发送确认包给发送端。

确认号的机制是TCP协议中实现可靠传输的重要手段之一。通过确认号的交互,发送端和接收端能够协同工作,确保数据按照正确的顺序被可靠地传输。

调整ACK号等待时间- 2.3.4 -

在网络通信中,为了确保数据的可靠传输,需要对网络包进行确认和重传等操作。ACK号(确认号)用于确认接收端已成功接收到数据包,而ACK号的等待时间则是发送端等待接收端返回确认包的时间。

根据网络包平均往返时间调整ACK号的等待时间是一种常见的策略,用于提高数据传输的效率和可靠性。这种方法基于观察到的网络状况来动态调整等待时间,以适应网络的变化。

具体来说,发送端会根据历史数据或当前的网络状况估计一个合适的等待时间。这个等待时间通常基于网络包的平均往返时间(即一个数据包从发送端到接收端再返回发送端所需的时间)。发送端会在每个数据包发送后开始计时,并在等待时间内等待接收端的确认包。

如果在这个等待时间内没有收到确认包,发送端会认为数据包可能丢失或损坏,并根据相应的策略进行重传。这种策略允许发送端根据网络状况动态调整等待时间,以更好地适应网络的变化。

此外,还有一些更复杂的算法,如自适应重传策略和拥塞控制算法等,用于更精确地调整等待时间和控制数据包的发送速率,以提高数据传输的可靠性和效率。这些算法通常基于对网络状况的实时监测和动态调整,以适应网络的变化和提供更好的性能。

使用窗口有效管理ACK号- 2.3.5 -

滑动窗口方式是一种更高效的发送策略,用于减少等待ACK号的时间浪费。通过滑动窗口方式,发送端可以在等待ACK号返回之前发送多个数据包,从而更有效地利用网络资源。

滑动窗口方式的基本思想是,发送端维护一个窗口,该窗口的大小表示在未收到确认之前可以发送的数据包数量。窗口的大小可以根据网络状况和应用程序的需求进行调整。当发送端发送一个数据包后,窗口向前滑动,即窗口的起始位置随着发送的数据包而增加,从而允许发送更多的数据包。

通过这种方式,发送端可以在等待ACK号返回之前发送多个数据包,提高了数据传输的效率。同时,滑动窗口方式还允许发送端控制发送数据的速率,以适应网络带宽和避免拥塞。

然而,滑动窗口方式也带来了一些复杂性。例如,当接收端返回的确认包与窗口中的某个数据包不匹配时,发送端需要进行调整和处理。此外,窗口大小的调整也需要考虑网络状况和应用程序的需求,以实现最佳的性能和可靠性。

接收HTTP响应消息- 2.3.6 -

当Web服务器成功处理了请求并准备返回响应时,它会将响应消息封装在一个或多个网络包中,并通过网络发送给客户端。在这个过程中,协议栈扮演着重要的角色。

在接收HTTP响应消息时,协议栈的主要任务如下:

  1. 接收数据包:协议栈会监听网络接口,等待接收来自Web服务器的数据包。一旦接收到数据包,协议栈会根据TCP/IP协议进行相应的处理,例如解析IP头部和TCP头部,验证数据包的完整性和合法性等。

  2. 重组HTTP响应消息:由于HTTP响应消息可能被拆分成多个数据包进行传输,协议栈需要将这些分散的数据包重新组合成完整的HTTP响应消息。这个过程涉及到根据数据包的序列号进行排序,以及处理丢失或损坏的数据包。

  3. 处理错误和异常情况:在网络通信中,可能会出现各种错误和异常情况,如数据包丢失、网络中断等。协议栈会采取相应的措施来处理这些情况,例如请求重新发送丢失的数据包,或者通知应用程序网络连接已断开。

  4. 传递响应消息给应用程序:一旦HTTP响应消息被重组完成并通过验证,协议栈会将响应消息传递给应用程序。应用程序接收到响应消息后,会根据HTTP协议的规范解析响应内容,并根据需要进行进一步的处理和显示。