TCP 详解
title: TCP 总结 date: 2018-03-25 09:40:24 tags: categories: -计算机网络 我们都知道 TCP 是位于传输层的协议，他还有一个兄弟就是 UDP ，他们两共同构成了传输层。显然他们之间有很大的区别要不然的话在传输层只需要一个就好了。 其中最重要的区别就是一个面向连接另外一个不是，这个区别就导致了他们是否能够保证稳定传输，显然不面向连接的 UDP 是没办法保证可靠传输的，他只能靠底层的网络层和链路层来保证。我们都知道网络层采用的是不可靠的 IP 协议。好吧，网络层也保证不了可靠传输，所以 UDP 保证可靠传输只能依靠链路层了。 而 TCP 就好说了他不仅仅有底层的链路层的支持，还有自己的面向链接服务来保证可靠传输。当然 TCP也不仅仅就是比 UDP 多了一个可靠传输，前面也说到了这只是他们之间一个重要的区别。其实他的三个重要特性就是它们之间的区别。 * 可靠传输 * 流量控制 * 拥塞控制 TCP 主要是 确认重传机制 数据校验 数据合理分片和排序 流量控制 拥塞控制 依靠来完成可靠传输的 , 下面详细介绍这几种保证可靠传输的方式。 确认重传，简单来说就是接收方收到报文以后给发送方一个 ACK 回复，说明自己已经收到了发送方发过来的数据。如果发送方等待了一个特定的时间还没有收到接收方的 ACK 他就认为数据包丢了，接收方没有收到就会重发这个数据包。 好的，上面的机制还是比较好理解的，但是我们会发现一个问题，那就是如果接收方已经收到了数据然后返回的 ACK 丢失，发送方就会误判导致重发。而此时接收方就会收到冗余的数据，但是接收方怎么能判定这个数据是冗余的还是新的数据呢？ 这就涉及到了 TCP 的另外一个机制就是采用序号和确认号，也就是每次发送数据的时候这个报文段里面包括了当前报文段的序号和对上面的报文的确认号，这样我们的接收方可以根据自己接受缓存中已经有的数据来确定是否接受到了重复的报文段。这时候如果出现上面所说的 ACK 丢失，导致接受重复的报文段时客户端丢弃这个冗余的报文段。 好现在我们大致了解了确认重传机制，但是还有些东西还没有弄清楚，也就是 TCP 真正的实现究竟是怎样的。 这就是我们要解决的第一个问题就是如何确认。这里涉及到两种确认方式，分别称为 累计确认（捎带确认） 和 单停等协议 。 用一张图来快速理解，就是每发送一次数据，就进行一次确认。等发送方收到了 ACK 才能进行下一次的发送。 一样的也是采用的 ACK 机制，但是注意一点的是，并非对于每一个报文段都进行确认，而仅仅对最后一个报文段确认，捎带的确认了上图中的 203 号及以前的报文。 总结：从上面可以看到累计确认的效率更加高，首先他的确认包少一些那么也就是在网络中出现的大部分是需要传输的数据，而不是一半的数据一半的 ACK ，然后我们在第二张图中可以看到我们是可以连续发送多个报文段的（究竟一次性能发多少这个取决于发送窗口，而发送窗口又是由接受窗口和拥塞窗口一起来决定的。），一次性发多个数据会提高网络的吞吐量以及效率这个可以证明，比较简单这里不再赘述！ 结论：显然怎么看都是后者比较有优势，TCP 的实现者自然也是采用的累计确认的方式！ 上文中的那个特定的时间就是超时时间，为什么有这个值呢? 其实在发送端发送的时候就为数据启动了一个定时器，这个定时器的初始值就是超时时间。 超时时间的计算其实有点麻烦，主要是我们很难确定一个确定的值，太长则进行了无意义的等待，太短就会导致冗余的包。TCP 的设计者们设计了一个计算超时时间的公式，这个公式概念比较多，有一点点麻烦，不过没关系我们一点点的来。 首先我们自己思考如何设计一个超时时间的计算公式，超时时间一般肯定是和数据的传输时间有关系的，他必然要大于数据的往返时间（数据在发送端接收端往返一趟所用的时间）。好，那么我们就从往返时间下手，可是又有一个问题就是往返时间并不是固定的我们有如何确定这个值呢？自然我们会想到我们可以取一小段时间的往返时间的平均值来代表这一时间点的往返时间，也就是微积分的思想！ 好了我们找到了往返时间（RTT），接下来的超时时间应该就是往返时间再加上一个数就能得到超时时间了。这个数也应该是动态的，我们就选定为往返时间的波动差值，也就是相邻两个往返时间的差。 下面给出我们所预估的超时时间（TimeOut）公式： 很好，看到这里其实你已经差不多理解了超时时间的计算方式了，只不过我们这个公式不够完善，但是思路是对的。我们这时候来看看 TCP 的实现者们采用的方式。 好的，这就是 TCP 实现的超时时间的方式，但是在实际的应用中并不是一直采用的这种方式。假如说我们现在网络状态非常的差，一直在丢包我们根本没必要这样计算，而是采用直接把原来的超时时间加倍作为新的超时时间。 总结：好的现在我们知道了在两种情况下的超时时间的计算方式，正常的情况下我们采用的上面的比较复杂的计算公式，也就是 RTT+波动值 否则直接加倍 上面我们看到在发送方等待一个超时重传时间后会开始重传，但是我们计算的超时重传时间也不定就很准，也就是说我们经常干的一件事就会是等待，而且一般等的时间还挺长。那么可不可以优化一下呢？ 当然，在 TCP 实现中是做了优化的，也就是这里说到的快速重传机制。他的原理就是在发送方收到三个冗余的 ACK 的时候，就开始重传那个报文段。那么为什么是三个冗余的 ACK 呢？注意三个冗余的 ACK 其实是四个 ACK 。我们先了解一下发送 ACK 策略，这个是 RFC 5681 文档 规定的。 好的，那么现在我们可以看到如果出现了三个冗余的 ACK 他只可能是发生了两次情况三，也就是发送了两个比期望值大的数据。但是注意出现情况三有两种可能，一个是丢包，另外一个是乱序到达。 比如说我们现在是数据乱序到达的，我们来看一下。 第一种乱序情况 另外一种乱序 丢包情况 结论: 很显然我们可以看到，如果发生了乱序有可能会出现三次冗余 ACK，但是如果发现了丢包必然会有三次冗余 ACK 发生，只是 ACK 数量可能更多但是不会比三次少 在我们发现丢包以后我们需要重传，但是我们重传的方式也有两种方式可以选择分别是 GBN 和 SR 翻译过来就是 拉回重传 和 选择重传 。好其实我们已经能从名字上面看出来他们的作用方式了，拉回重传就是哪个地方没收到那么就从那个地方及以后的数据都重新传输，这个实现起来确实很简单，就是把发送窗口和接受窗口移回去，但是同样的我们发现这个方式不实用干了很多重复的事，效率低。 那么选择重传就是你想到的谁丢了，就传谁。不存在做无用功的情况。 结论: TCP 实际上使用的是两者的结合，称为选择确认，也就是允许 TCP 接收方有选择的确认失序的报文段，而不是累计确认最后一个正确接受的有序报文段。也就是跳过重传那些已经正确接受的乱序报文段。 数据校验，其实这个比较简单就是头部的一个校验，然后进行数据校验的时候计算一遍 checkSum 比对一下。 在 UDP 中，UDP 是直接把应用层的数据往对方的端口上 “扔” ，他基本没有任何的处理。所以说他发给网络层的数据如果大于1500字节,也就是大于MTU。这个时候发送方 IP 层就需要分片。把数据报分成若干片，使每一片都小于MTU.而接收方IP层则需要进行数据报的重组。这样就会多做许多事情,而更严重的是 ，由于UDP的特性,当某一片数据传送中丢失时 ， 接收方便无法重组数据报，将导致丢弃整个UDP数据报。 而在 TCP 中会按MTU合理分片，也就是在 TCP 中有一个概念叫做最大报文段长度（MSS）它规定了 TCP 的报文段的最大长度，注意这个不包括 TCP 的头，也就是他的典型值就是 1460 个字节（TCP 和 IP 的头各占用了 20 字节）。并且由于 TCP 是有序号和确认号的，接收方会缓存未按序到达的数据，根据序号重新排序报文段后再交给应用层。 流量控制一般指的就是在接收方接受报文段的时候，应用层的上层程序可能在忙于做一些其他的事情，没有时间处理缓存中的数据，如果发送方在发送的时候不控制它的速度很有可能导致接受缓存溢出，导致数据丢失。 相对的还有一种情况是由于两台主机之间的网络比较拥塞，如果发送方还是以一个比较快的速度发送的话就可能导致大量的丢包，这个时候也需要发送方降低发送的速度。 虽然看起来上面的两种情况都是由于可能导致数据丢失而让发送主机降低发送速度，但是一定要把这两种情况分开，因为前者是属于 流量控制 而后者是 拥塞控制 ，那将是我们后面需要讨论的事情。不要把这两个概念混了。 其实说到流量控制我们就不得不提一下滑动窗口协议，这个是流量控制的基础。由于 TCP 连接是一个全双工的也就是在发送的时候也是可以接受的，所以在发送端和接收端同时维持了发送窗口和接收窗口。这里为了方便讨论我们就按照单方向来讨论。 接收方维持一个接受窗口，发送方一个发送窗口。发送的时候要知道接受窗口还有多少空间，也就是发送的数据量不能超过接受窗口的大小，否则就溢出了。而当我们收到一个接收方的 ACK 的时候我们就可以移动接受窗口把那些已经确认的数据滑动到窗口之外，发送窗口同理把确认的移出去。这样一直维持两个窗口大小，当接收方不能在接受数据的时候就把自己的窗口大小调整为 0 发送窗口就不会发送数据了。但是有一个问题，这个时候当接收窗口再调大的时候他不会主动通知发送方，这里采用的是发送方主动询问。 还是画个图看的比较直观： 拥塞控制一般都是由于网络中的主机发送的数据太多导致的拥塞，一般拥塞的都是一些负载比较高的路由，这时候为了获得更好的数据传输稳定性，我们必须采用拥塞控制，当然也为了减轻路由的负载防止崩溃。 这里主要介绍两个拥塞控制的方法，一个是慢开始，另外一个称为快恢复。 那么问题来了，为什么需要序号呢？为什么又是三次握手而不是两次？以及什么是 SYN 洪泛攻击？ 这里需要说明一下的是最后的那个长长的 TIME_WAIT 状态一般是为了客户端能够发出 ACK 一般他的值是 1分钟 或者2分钟 好了，今天真的写了不少，主要就是把 TCP 的可靠传输以及连接管理讲清楚了，以及里面的一下细节问题，真的很花时间。然后其他没有涉及到的就是关于 TCP 的头并没有详细的去分析，这个东西其实也不是很难，但是现在篇幅真的已经很大就先这样，头里面的都是固定的不需要太多的理解。
wifi开关是怎样个原理？
无线wifi智能开关的原理：将普通的开关﹑插座嵌入串口wifi模块，实现串口数据到无线数据的转换。再加上一个简单、易懂的APP操作界面。享有更加便捷智能家居。甚至可以在原有开关、或者插座的外观进行改进，比如将原来的机械开关改成触屏式操作。串口wifi模块是基于通用串行接口特性，符合IEEE802.11 协议栈网络标准，内置TCP/IP协议栈，能够实现用户串口、以太网、无线网（WIFI）3个接口之间的任意透明转换，使传统串口设备更好的加入无线网络。扩展资料：优势1、串口转WIFI模块，串口转以太网模块，以太网转WIFI多功能WIFI模块，串口服务器模块，让串口设备轻松联网，全透明双向数据传输，保障最高限度的易用性和兼容性。2、模块集成10/100M自适应以太网接口,串口通信最高波特率高达230.4Kbps。3、可靠的系统核心适用于安全性和长期运行的系统应用。4、采用全球顶级网络芯片供应商雷凌ralink方案，原材料均采用TDK//村田等大牌厂家，奠定稳定可靠基础。5、工作温度:工业级: -25~75°C。6、通过CE和FCC认证，支持IEEE 802.11 b/g/n，支持透明协议数据传输模式。7、内置360M的MIPS CPU、16M的RAM和4M的FLASH和无线基带和射频前端以及多种外设总线。参考资料来源：百度百科-串口WIFI模块
TCP的介绍
TCP（Transmission Control Protocol 传输控制协议）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议，由IETF的RFC 793定义。在简化的计算机网络OSI模型中，它完成第四层传输层所指定的功能，用户数据报协议（UDP）是同一层内1另一个重要的传输协议。在因特网协议族（Internet protocol suite）中，TCP层是位于IP层之上，应用层之下的中间层。不同主机的应用层之间经常需要可靠的、像管道一样的连接，但是IP层不提供这样的流机制，而是提供不可靠的包交换。1应用层向TCP层发送用于网间传输的、用8位字节表示的数据流，然后TCP把数据流分区成适当长度的报文段（通常受该计算机连接的网络的数据链路层的最大传输单元（1MTU）的限制）。之后TCP把结果包传给IP层，由它来通过网络将包传送给接收端实体1的TCP层。TCP为了保证不发生丢包，就给每个包一个序号，同时序号也保证了传送到接收端实体的包的按序接收。然后接收端实体对已成功收到的包发回一个相应的确认（ACK）；如果发送端实体在合理的往返时延（RTT）内未收到确认，那么对应的数据包就被假设为已丢失将会被进行重传。TCP用一个校验和函数来检验数据是否有错误；在发送和接收时都要计算校验和。
网口转串口用的是什么原理
网口到串口的原理：网络端口到串行端口是协议转换器。它包括两种类型的产品：串行服务器和串行端口网络端口模块。后者是一种装置，后者通常用作电子元件。该串口网口模块不仅实现了串口网口功能，更是网络化解决方案。由于每个MCU都有一个串口，如果可以使用串口连接以太网，网络将变得非常方便。串行端口服务器使基于TCP / IP的串行数据流传输成为可能。它可以连接多个串行设备，选择和处理串行数据流，并将现有的RS-232接口数据转换为IP端口。然后，数据由IP管理，基于IP的数据访问。这允许将传统的串行数据发送到流行的IP信道，而不需要过早地消除现有设备，提高现有设备的利用率，节省投资并简化现有网络。接线复杂性。串行服务器完成面向连接的RS 232链路和存储控制，用于无连接以太网之间的通信数据。系统处理各种数据，处理来自串行设备的串行数据流，并执行格式转换。使其成为可以通过以太网传播的数据帧，从以太网判断数据帧，并将其转换为串行设备以进行串行数据传输响应。扩展资料：串口服务器的作用：1、串口服务器能将传统的RS-232/422/485设备立即联网。串口设备联网服务器如同含CPU、实时操作系统和TCP/IP协议的微型电脑，在串口和网络设备中传输数据。使用串口服务器可以在世界的任何位置，通过网络，用您的计算机来存取、管理和配置远程的设备。让只具备串行接口的电气设备，如POS、ATM、显示屏、键盘、刷卡机、读卡器、交换机、小型机、加油机、RTU、数控机床、测试仪表等，微机保护装置轻松连接以太网，实现网络化管理和远程控制。2、串口服务器，可以让您减轻工作而非增加工作负担。首先优质串口服务器会有"友好的管理接口"，这些数目繁多的串口设备可能分散在不同的远程，因此优质串口转换器可以利用单一接口完成所有的设定就是一项重要的指标，不论是用Windows软件，Web或是Telnet。高效能与低延迟，在某些传统的串口传输应用，115.2Kbps就已经足够使用，然而如果要转为百兆接口转换器通讯，嵌入式设备模块的速度高230.4kbps将更有保障。参考资料：百度百科-网络转串口
串口转网口如何通信？
串口转网口是利用串口服务器将串口数据转换成网络数据，让局域网内的计算机可以通过局域网与串口设备进行通讯。下面是简略的串口转网口通讯步骤：
1. 配置串口服务器：按照说明书上的步骤，将串口服务器与计算机连接，并在配置软件中设置好串口参数，如波特率、数据位、校验位等。
2. 配置网络参数：给串口服务器设定一个在本地局域网内唯一的IP地址，以便其它的计算机可以通过该地址与串口设备进行通讯。
3. 配置网络参数：如果串口设备有固定的IP地址，则需要把该IP地址和其它网络参数设置到串口服务器中；如果串口设备没有固定的IP地址，则需要启用DHCP服务功能，将自动获取IP地址的设备接入到网络中。
4. 配置串口转换服务器：配置串口转换服务器中的串口号、波特率、数据位等参数，将其与上述串口服务器通过网络连接起来。
5. 配置计算机IP地址：在计算机设置中，设定与串口服务器所在子网相同的IP地址和子网掩码，从而使计算机可以与串口设备进行通讯。
6. 使用串口通信工具测试：在计算机上安装串口调试工具，将串口参数设置成在串口服务器上配置的参数，通过串口转换服务器与串口设备进行通讯调试。
注意：上述步骤中包含了不同品牌、型号的串口服务器可能有一些不同的配置和设置，需要参考具体的设备说明和软件说明进行配置和设置。
串口联网模块怎么用
串口联网模块怎么用，以串口WiFi模块ESP8266方案的WG219为例，简单介绍一下串口转WiFi模块的使用。符合802.11b/g/n标准的UART接口，用户使用WG219可将物理设备连接到WiFi无线网络上，进行互联网或局域网通信，实现联网功能。另外WG219仅需要通过出串口使用AT指令控制，就能满足大部分的网络功能需求。类似功能的串口转WiFi模块还有WG229，LCS6260，WG231。串口WiFi模块WG219，WG229，LCS6260高性能、低功耗、低成本、支持串口透传等特性，使得这三款WiFi模块成为高集成、低功耗自动化和传感器解决方案的理想解决方案，其中WG229和LCS6260可替代ESP8266方案的ESP-12F。WiFi模块的智能家居应用IOT UART WiFi模块支持数据透传，能够实现用户串口或TTL电平数据到无线网络之间的转换。让传统的串口设备也能轻松接入无线网络，用户借助智能手机上的产品APP，通过无线局域网或3/4/5G访问云端对智能家居终端设备进行无线或远程控制。SKYLAB IoT UART WiFi模块可以为各类智能家居或智能硬件，比如现在很多带WiFi功能的智能插座、智能开关、LED灯具、智能门锁、空调、冰箱等提供串口透传解决方案。智能门锁低功耗WiFi方案优势分析 1、24小时实时在线连接，串口WiFi模块支持对接云，用户可通过手机直接控制门锁，也可通过路由器，云端来实现门锁控制，因此，不论用户在何时何地，通过手机App，都能实现远程控制或检查门锁状态，也可以实现实时联网、实时消息推送，并能远程向访客发送临时密码，同时还有查看开锁记录，数据留存等功能。2、超低功耗，电池续航时间更长。对于WiFi门锁来说，功耗是最难逾越的问题，基于低功耗WiFi模块的WiFi智能门锁方案，功耗更低，电池续航时间更长，让用户放心省心。3、支持OTA升级。基于SKYLAB低功耗WiFi模块的WiFi智能门锁方案可以实现OTA在线升级，多方位保障用户的信息安全和程序安全，提供更可靠、功能更全面的功能体验。
串口联网模块的串口联网模块的使用方法
串口转以太网功能中需要解决发往的目的IP地址的问题，即串口数据转为网络数据后，数据将发往哪一台计算机？所以必须设置目的IP。除了目的IP地址串口联网模块还有很多参数，例如：目的端口、串口波特率、工作模式等。一般修改参数有两种方法：（1）通过Web方式登录串口联网模块，这种方式要求串口联网模块必须和运行浏览器的PC机在同一个逻辑子网中。（2）一些串口联网模块提供Window工具可以立即搜索并修改网络中的所有的串口联网模块的参数。 串口联网模块实际上只解决了嵌入式设备端串口数据转化为以太网数据的功能，但是PC端（也就是负责接收网络数据的PC端）如何接收、处理数据？基本上有3中方法：（1）直接的socket通信：用户通过windows网络编程直接调用socket API函数，通过UDP、TCP/IP协议同串口联网模块通信。该方法要求使用者具有一定的网络编程的基础。（2）虚拟串口：这里介绍一个新的概念虚拟串口。虚拟串口和硬件串口不同，硬件串口是计算机上本来存在的COM口，例如COM1、COM2等，虚拟串口是使用Windows的虚拟设备技术，在底层驱动虚拟出一个串口，在上层软件看来该串口和硬件串口可以一样的使用。例如串口联网模块附带的PC端软件虚拟一个COM5，然后将COM5和某个串口联网模块绑定，此后用户程序可以读写COM5来实现和串口联网模块的通信。（3）设备管理函数库DLL：串口联网模块一般可以提供一个Windows动态链接库，通过该链接库提供的函数，可以直接和串口联网模块通信。
