【好书精读】网络是怎样连接的 之 客户端与服务器之间是如何收发数据

news2024/9/26 1:20:19

 ( 该图由AI制作 学习AI绘图 )

目录

将 HTTP 请求消息交给协议栈

对较大的数据进行拆分

使用 ACK 号确认网络包已收到

根据网络包平均往返时间调整 ACK 号等待时间

返回 ACK 号的等待时间(这个等待时间叫超时时间)

使用窗口有效管理 ACK 号

接收 HTTP 响应消息


将 HTTP 请求消息交给协议栈

当控制流程从 connect 回到应用程序之后 (图中的②结束)
进入数据收发阶段( 从应用程序调用 write 将要发送的数据交给协议栈 开始
协议栈收到数据后执行发送操作

协议栈收到数据

会将数据存放在内部的发送 缓冲区
等待应用程序的下一段数据
要积累多少数据才能发送 不同种类和版本的操作系统会有所不同

补充:如何判断何时发送

1:是每个网络包能容纳的数据长度

根据一个叫作 MTU 的参数来进行判断 MTU 表示一个网络包的最大长度 在以太 网中一般是 1500 字节 MTU 是包含头部的总长度 因此需要从 MTU 减去头部的长度 然后得到的长度就是一个网络包中所能容纳的最大 数据长度 这一长度叫作 MSS 当从应用程序收到的数据长度超过或者接 MSS 时再发送出去 就可以避免发送大量小包的问题了

2:另一个判断要素是时间

当应用程序发送数据的频率不高的时候 如果每次都等到长度接近 MSS 时再发送 ,可能会因为等待时间太长而造成发 送延迟 这种情况下 即便缓冲区中的数据长度没有达到 MSS 也应该果 断发送出去 为此 协议栈的内部有一个计时器 当经过一定时间之后 就会把网络包发送出去

对较大的数据进行拆分

发送缓冲区中的数据会被以 MSS 长度为单位进行拆分 拆分出来的每块数据会被放进单独的网络包中
根据发送缓冲区中的数据拆分的情况 当判断需要发送这些数据时 就在每一块数据前面加上 TCP 头部 并根据套接字中记录的控制信息标记发送 方和接收方的端口号 然后交给 IP 模块来执行发送数据的操作

使用 ACK 号确认网络包已收到

网络包已经装好数据并发往服务器了

 

TCP 模块在拆分数据时
会先算好每一块数据相当于从头开始的第几个字节
接下来在发送这一块数据时 将算好的字节数写在 TCP 头部中
“序号”字段就是派在这个用场上的。
然后 发送数据的长度也需要告知接收方

通过这些信息接收方还能够检查收到的网络包有没有遗漏

在客户端向服务器发送数据的同时,服务器也会向客户端发送数据
我们只要增加一种左右相反的情形

 明白原理之后我们来看一下实际的工作过程

 

客户端在连接时,需要计算出,与从客户端,到服务器,方向,通信相关的,序号初始值 将这个值,发送给服务器 )。
服务器会通过这个初始值计算出 ACK 号并返回给客户端
这一机制非常强大 通过这一机制 我们可以确认接收方有没有收到某个包 如果没有收到则重新发送 这样一来 无论网络中发生任何错误 我们都可以发现并采取补救措施 重传网络包 )。 反过来说 有了这一机 我们就不需要在其他地方对错误进行补救了
因此,网卡、集线器、路由器都没有错误补偿机制,一旦检测到错误就直接丢弃相应的包
通过“序号”和“ACK 号”可以确认接收方是否收到了网络包

根据网络包平均往返时间调整 ACK 号等待时间

返回 ACK 号的等待时间这个等待时间叫超时时间

等待时间需要设为一个合适的值 不能太长也不能太短 但这谈何容易
根据服务器物理距离的远近 ACK 号的返回时间也会产生很大的波动 而且我们还必须考虑到拥塞带来的影响
因此 TCP 采用了动态调整等待时间的方法 这个等待时间是根据 ACK 号返回所需的时间来判断的 具体来说 TCP 会在发送数据 的过程中持续测量 ACK 号的返回时间 如果 ACK 号返回变慢 则相应 延长等待时间 相对地 如果 ACK 号马上就能返回 则相应缩短等待 时间

使用窗口有效管理 ACK 号

 

为了减少这样的浪费 TCP 采用图 (b 这样的滑动窗 口方式来管理数据发送和 ACK 号的操作 所谓滑动窗口 就是在发送一 个包之后 不等待 ACK 号返回 而是直接发送后续的一系列包 这样一 等待 ACK 号的这段时间就被有效利用起来了
可能会出现发送包的频率超过接收方处理能力的情况

 

接收 HTTP 响应消息

到这里 我们已经讲解完,协议栈接到,浏览器的委托后,发送 HTTP 请求消息,的一系列操作过程了
对于响应消息 浏览器需要进行接收操作 这一操作也需要协议栈的参与
浏览器在委托协议栈发送请求消息之后 会调用 read 程序
控制流程会通过 read 转移到协议栈
随着控制流程转移,应用程序也会进入暂停状态

协议栈尝试从接收缓冲区中取出数据并传递给应用程序
协议栈会检查收到的数据块和 TCP 头部的内容 判断是否有数据丢失 如果没有问题则返回 ACK 然后 协议栈将数据块暂存到接收缓冲区中 并将数据块按顺序连接起来还原出 原始的数据 最后将数据交给应用程序

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