TCP 部门来了个实习生

新人拜访

“您好，我是 TCP 服务的实习生，刚培训完，请问您就是 TCP 老司机吗？”

正坐在办公室悠闲喝着咖啡的 TCP 老司机，差点一口喷出来。“哦哦，行，你终于来啦，看来几天前的资源申请通过了啊，老司机？”

“浏览器老大这么叫你，说你厉害，靠谱得很。”

“好吧，既然来了，赶紧准备一下！这是你的工作台。” 老司机放下手中的咖啡，走到靠窗的工作台旁，指了指。

“好嘞。” 说着，刚来的小伙子走了过来。

工作台

“好多工具啊！这个通道是什么？这儿还有个钟？都怎么用呀？” 小伙子满脸好奇地问道。

“这样吧，从左到右，我一一给你说说。”

“首先，最左边呢，是个通道，这里会蹦出应用层需要我们发送的数据。最常见的就是 HTTP 那小子的报文了。”

“了解，我们的工作就是发送应用层的数据。原来不需要我们自己去拿啊！”

“旁边是扫描机。你要根据实际情况处理数据，它会把数据分段、编号，再放进旁边的盒子里。”

“嗯嗯，这个我清楚，数据块大小需要根据实时的网络情况确定。”

“不错，这小伙子脑子还挺灵光，看来培训得不错。” 老司机心中暗暗赞道。

“再往右又是一个通道，用来和服务器通信。通道旁有两个计数器，分别记录双方的序号，它们会自动累加，不用手动操作。就叫 1 号计数器和 2 号计数器吧，等下会用到。”

“好的，1 号计数器其实就是报文中的序号？”

“嗯嗯，不错，用的时候看一眼就行，在计数器旁边有几个按钮，我给你说说。这里最好记一下。”

“嗯嗯。” 说着，小伙子拿出笔记本开始记录。

任务降临

老司机指了指标着 SYN 的按钮，说道：“这个是请求连接按钮，也就是通知服务器，我们想发数据给他。”

说着，最左侧的通道突然一闪，蹦出一个由 HTTP 服务打包好的包裹。刚来的小兄弟显得有点慌乱，咽了一口气。

“正好，那我就拿它给你演示一下吧。” 说着，老司机站到了工作台正中。

“嗯。” 小兄弟紧张得说不出话来。

“首先呢，按一下 SYN 按钮，请求发送数据。” 1 号计数器跳了一下，由原本的 0 跳到了 1。“按下这个按钮，工作台会发送一个请求连接报文，相信报文的内容你应该清楚吧？” 老司机问道。

“SYN 为 1，序号为 0。” 看了一眼 1 号计数器，小伙子自信地答道。

“嗯，不错！” 不一会，计数器旁的通道蹦出了一段报文，2 号计数器直接由 0 跳到了 11。

“让我们来看看都有什么，你看这里。” 老司机指了指报文中的 ACK，小伙子也靠了过来。

“ACK 等于 1，说明服务器确认了我们的连接请求，对吧？” 小伙子说道。

“是的，那我们建立连接？” 老司机露出了狡猾的笑容。

“还需要核对 确认序号 吧？” 小伙子有点困惑。

“为什么？” 老司机反问道。

“确保连接的准确性。老师说过，网络是一个复杂的环境，会出现报文滞留的情况，因此 TCP 连接两端规定，在得到请求连接时，需要将 确认序号 置为请求序号加 1。那么现在我们应该还要核对 确认序号 与 1 号计数器的值！” 小伙子转眼看向 1 号计数器，“咦，怎么一样？应该是差 1 的啊？”

“你忘了，在你按下 SYN 按钮时，1 号计数器已经跳了一下吗？”

“哦 ~” 小伙子恍然大悟，“那是应该相等，这个也太好用了吧！得记一下！”

“唰唰唰”，一旁传来铅笔摩擦纸面的声响。“真像我刚来的时候。” 老司机不禁感叹道。

“接着，你看 SYN 字段为 1，说明服务器请求连接，TCP 是一个稳定的连接，双向数据的通道，需要双方都确认连接状态，这点我不需要特殊说明吧？”

“嗯嗯，在学校老师说过。”

“那好，为了确保连接正确，我们也要确认服务器的初始序号：服务器返回的序号是 10，我们就在确认序号中填写 11。实际报文不用手动生成，确认可以建立连接后，按一下 ACK 按钮就行。” 说着，老司机按下了 ACK 按钮。“现在三次握手结束，连接已经建立。我们开始传输数据，剩下几个按钮等用到时再说。”

“那个，我想问一下，我知道 TCP 是个双向数据通道，但如果我们不确认建立连接，直接发送数据应该也没问题吧？我们和服务器都已经发送了一次请求，并且都收到了，为什么还要确认一下呢？” 小伙子若有所思道。

“既然是双向数据通道，那么通道的两端都应该清楚自己和对方的发送和接收的能力，对吧？”

“当然！不然通道是不稳定的。”

“那你想想，在前两次通信过程中，双方都知道了哪些情况？”

“第一次我们发报文，第二次服务器返回报文我们接收到，那我们就知道了我们有能力发送和接收，服务器也有能力接收和发送。”

“那服务器知道什么呢？”

“服务器的话，应该知道了他自己有能力接收，知道我们有能力发送，他自己却不清楚他能不能发送，也不知道我们是否能接收！因为我们还没回复他。”

“因此，三次握手让双方都确认了连接请求和确认报文能够往返，并同步了初始序号，这对可靠的双向数据传输至关重要。” 老司机解释道。

“嗯嗯，我记一下。” 又是一阵 “唰唰唰” 的声音。

发送报文

“已经建立了通道，那接下来就简单了。” 老司机拿起 HTTP 扔过来的数据，说道：“我们看看一次能发送的数据包大小，在这儿。” 说着，指了指工作台最右侧的屏幕，屏幕上显示着一连串的信息，“这些就是系统参数，这个就是我们网络所能承受的最大发送量。”

“嗯，一次可以发送 1100 字节。” 小伙子边看边说道。

“嗯，不错。那我们就按 1000 字节分段吧，给各层首部留出空间。” 说着，老司机启动一旁的扫描机，把分段大小设为 1000，再放入 HTTP 的数据。一旁的盒子里很快出现了排好序的数据块。

“好神奇啊，学校里都我们自己切的。” 小伙子双眼中冒着金光。

“接下来发送报文就好了。”

“好的，我来拼接数据，源端口：5800，目标端口：80，序号：1，数据偏移：20，标志位：无特殊情况，窗口大小：3，校验和：...” 小伙子突然叽里咕噜一堆，吓了老司机一跳。

“不需要这么麻烦，源端口，目标端口，在工作台接收到应用层数据后，就能生成，至于序号和偏移量，你也不用关心啦，我来演示一遍，看好。”

老司机瞧了一眼服务器先前返回的报文，得知窗口为 3，拿起盒子里的数据就往按钮旁的通道里丢，一连丢了 3 个。1 号计数器也连续跳了 3 下：从 1 到 1001，再到 2001，最终定格在 3001。

“好了，接下来就等服务器响应了。”

“这就好了？” 小伙子明显有点不敢相信。

“对啊，好了！等服务器确认就行。” 老司机有点得意。“工作台会帮我们把数据打包生成报文，这个工作台可是我的专利！”

“哇塞，老司机就是厉害！比学校里高级多了。” 小伙子双眼中再次亮起金光。

单向关闭

没过多久，2 号计数器连跳 3 次，哒哒哒，通道里蹦出 3 个服务器返回的报文，内容都为：请求完成，需要下一份数据。

老司机拿起盒子里的下 3 块，往通道里扔。1 号计数器哒哒哒，又连着跳了 3 次。如此循环往复了十几次，数据终于发完。

“今天的网不错诶，没有重发的情况出现。现在我们发完了，只需要等待服务器发送数据就行了。”

大概过了 10ms，通道内陆陆续续开始蹦出报文，老司机刚想上手，一旁小伙子一把把报文揽走，“这个我熟，我来吧！”

小伙子取出报文数据，按序号排好，一套操作相当熟练。

哒哒哒，2 号计数器不断地跳动，定格在 50001 上。

“好，现在数据也接收完毕了，需要进行单向关闭。该怎么做？” 老司机想考考小伙子的能力。

“发送报文，将 FIN 置为 1，序号为 43001。” 小伙子瞧了一眼 1 号计数器说道，“然后等服务器返回确认。哦，对了，为了避免把滞留的旧报文当成新报文，还要核对确认序号。”

“不错，但在这……” 老司机话还没说完，小伙子便兴奋地问：“是不是按那个 FIN 按钮就好了？”

“嗯，对！我们只需要核对 确认序号 就好了。你来操作吧 ~” 看着一脸兴奋的小伙子，老司机停下了手中的操作。

“好的。” 说着，小伙子按下了 FIN 按钮。1 号计数器跳了一下，定格在 43002。不一会儿，通道里蹦出报文，确认序号与 1 号计数器一致，都是 43002。

“现在单向关闭成功，等待服务器请求关闭。” 小伙子一副训练有素的样子。

“嗯，不错，接下来就等待服务器最终确认关闭了。” 老司机拿起一旁的咖啡，慢悠悠地问：“那你知道为什么这是单向关闭吗？”

“因为只有我们这边确认把数据都已经发送完毕啦 ~ 没准服务器还有数据给我们呢 ~ ”

“嗯，不错。” 老司机拿起咖啡喝了一口，不禁感慨道：“后继有人了啊！”

“老大，服务器发出关闭请求了，你看。” 小伙子拿起一个报文说道。

“我想你应该知道怎么做了吧？”

“嗯嗯，按 ACK 按钮就好了，这个和开启连接确认是同一个操作，按您的智慧，应该是这样。” 说着按下了 ACK 按钮。

“嗯，这个彩虹屁真香，哦不，你真聪明！”

“哈哈！” 两人同时笑出声。“我和你说，那个 HTTP 服务部可不咋的，经常砸我，这不数据都好了，砸 TM 的。”

“duang ~” 通道一头发出一阵巨响，“TCP 你们没完了是不？”