深入浅出：研究Linux TCP原理，掌握TCP协议工作方式 (linux tcp原理)
TCP是互联网传输控制协议中最重要的一种协议，它实现了可靠的数据传输和流量控制，是应用程序和网络之间的桥梁。本文将介绍Linux系统中的TCP协议原理及其工作方式，通过深入浅出的解析，助力读者更好地理解TCP传输协议。
一、TCP协议概述
TCP协议是以连接为基础，提供可靠数据传输的一种协议。它通过三次握手建立连接，不断维护连接状态，以实现可靠的数据传输。TCP协议不同于UDP协议，它可以保证数据的完整性、可靠性和有序性，但是相对于UDP协议，TCP协议传输效率较低。
TCP协议通过一个虚拟的“信道”来传输数据，这个“信道”是由连接端的socket对和IP地址、端口号组成的。TCP协议中的socket对是由IP地址和端口号来定义的，发送和接收数据时就是发送和接收在这个socket对上的数据。维护socket状态的信息被存储在协议控制块中，该控制块存在于两端主机的内存中。
由于TCP协议的可靠性，它在Internet上的应用非常广泛。FTP、Telnet、TP等许多常见网络应用都使用TCP协议。
二、TCP协议原理分析
实现可靠传输的TCP协议，需要考虑以下几个方面的问题。
1. 连接建立
当客户端向服务器发起TCP连接请求时，该请求中包含三个关键信息：源IP地址、源端口号、目标IP地址、目标端口号。服务器在接收到请求后，向客户端回复确认连接请求，确认连接请求的信息包含四个关键信息：源IP地址、源端口号、目标IP地址、目标端口号。客户端接收到服务器发来的确认请求后，向服务器发送确认请求，连接建立。
连接建立的三次握手过程中，之一次握手客户端向服务器发送连接请求；第二次握手服务器确认连接请求；第三次握手客户端确认连接确认信息。
连接建立过程，将建立一个传输的“数据信道”，用于发送和接收数据。
2. 数据传输
TCP协议的数据传输是基于“字节流”的形式，所有的数据都会被分割成一个个segment（分节），网络中的每个路由器都会对segment进行检查并进行处理，直到到达目的地。
发送端使用TCP将数据分成较小的部分，被称为数据段。每一个数据段包含一个序号，表示该数据段在数据流中的位置。每个数据段都带有一个标记，标记确认该数据段已经被接收。数据段的字节流被分割成一个个分节，每个分节会分别被分给不同的IP数据包，在网络中传输。
TCP协议中每个发送方和接收方都维护着一个传输窗口，用于控制一段时间内能够传输的数据量。传输窗口可以适应网络的变化，当网络拥塞发生，接收方可以通知发送方降低传输速度。
3. 连接释放
在TCP连接关闭时，发送方和接收方都要发送一个释放连接请求，TCP连接释放过程需使用四次握手：
① 发送释放请求；
② 接收到释放请求并发送确认信息；
③ 发送确认信息；
④ 接收到确认信息并发送确认信息。
当四次握手完成后，连接被释放，不再存在。
三、TCP协议工作方式分析
TCP协议主要的工作方式是通过控制信息交换和数据流量控制实现可靠的数据传输。它的工作方式可以简述为如下过程：
声明TCP套接字。这个过程是希望建立一个TCP连接之前，首先必须声明一个TCP套接字，该套接字由IP地址和端口号来定义，并在之后的连接建立过程中使用。TCP连接通过套接字来建立，套接字是唯一标识该连接的符号。
服务器监听。服务器必须在TCP连接建立之前，等待连接的到来。在监听状态下，服务器可以接收任意连接的请求，但一种socket只能与一个连接建立TCP连接。
三次握手。在TCP连接建立之前，发送方和接收方必须通过三次握手来确认连接请求。三次握手过程中，双方必须通过交互信息来确认对方是否建立了连接。
数据传输。TCP协议通过将数据分片传输，将数据流划分为一系列的数据段，保证数据完整性和可靠性，并控制数据的流量，以避免网络拥塞。
四次挥手。当数据传输完成，双方请求断开TCP连接。在TCP连接关闭之前，必须通过四次挥手来确认连接断开，确保不会丢失数据。
在使用TCP协议的过程中，需要特别注意一些常见问题。例如，TCP连接的超时、网络拥塞等都会影响TCP协议的传输效率，需要合理调整。
TCP协议的工作方式并不复杂，但需要注意一些基本原则和规范。通过深入浅出的理解TCP协议，可以更加有效地使用网络传输协议，实现高效的数据传输。
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linux下怎么设置tcp
Socket的send函数在执行时报EAGAIN的错误当客户通过Socket提供的send函数发送大的数据包时，就可能返回一个EGGAIN的错误。该错误产生的原因是由于send 函数中的size变量大小超过了tcp_sendspace的值。tcp_sendspace定义了应用在调用send之前能够在kernel中缓存的数据量。当应用程序在socket中设置了O_NDELAY或者O_NONBLOCK属性后，如果发送缓存被占满，send就会返回EAGAIN的错误。 为了消除该错误，有三种方法可以选择： 1.调大tcp_sendspace，使之大于send中的size参数 —no -p -o tcp_sendspace=.在调用send前，在setsockopt函数中为SNDBUF设置更大的值 3.使用write替代send，因为write没有设置O_NDELAY或者O_NONBLOCK1. tcp 收发缓冲区默认值 # cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_rmem：tcp接收缓冲区的默认值# cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_wmem6384 ： tcp 发送缓冲区的默认值2. tcp 或udp收发缓冲区更大值# cat /proc/sys/net/core/rmem_max71：tcp 或 udp 接收缓冲区更大可设置值的一半。也就是说调用 setsockopt(s, SOL_SOCKET, SO_RCVBUF, &rcv_size, &optlen); 时rcv_size 如果超过，那么getsockopt(s, SOL_SOCKET, SO_RCVBUF, &rcv_size, &optlen); 去到的值就等于* 2 =# cat /proc/sys/net/core/wmem_max071：tcp 或 udp 发送缓冲区更大可设置值得一半。跟上面同一个道理3. udp收发缓冲区默认值# cat /proc/sys/net/core/rmem_default：udp接收缓冲区的如虚贺默认值# cat /proc/sys/net/core/wmem_default16：udp发送缓冲区的默认值. tcp 或udp收发缓冲区最渣派小值tcp 或udp接收缓冲区的最小值为 256 bytes，由内核的宏决定；tcp 或udp发送缓冲区的最小值为 2023 bytes，由内核的宏决定setsockopt设置socket状态1.closesocket（一般不会立即关闭而经历TIME_WAIT的过程）后想继续重用该socket：BOOL bReuseaddr=TRUE;setsockopt(s,SOL_SOCKET ,SO_REUSEADDR,(const char*)&bReuseaddr,sizeof(BOOL));2. 如果要已经处于连接状态的soket在调用誉仿closesocket后强制关闭，不经历TIME_WAIT的过程：BOOL bDontLinger = FALSE;setsockopt(s,SOL_SOCKET,SO_DONTLINGER,(const char*)&bDontLinger,sizeof(BOOL));3.在send(),recv()过程中有时由于网络状况等原因，发收不能预期进行,而设置收发时限：int nNetTimeout=1000;//1秒//发送时限setsockopt(socket，SOL_S0CKET,SO_SNDTIMEO，(char *)&nNetTimeout,sizeof(int));//接收时限setsockopt(socket，SOL_S0CKET,SO_RCVTIMEO，(char *)&nNetTimeout,sizeof(int));4.在send()的时候，返回的是实际发送出去的字节(同步)或发送到socket缓冲区的字节(异步);系统默认的状态发送和接收一次为8688字节(约为8.5K)；在实际的过程中发送数据和接收数据量比较大，可以设置socket缓冲区，而避免了send(),recv()不断的循环收发：// 接收缓冲区int nRecvBuf=32*1024;//设置为32Ksetsockopt(s,SOL_SOCKET,SO_RCVBUF,(const char*)&nRecvBuf,sizeof(int));//发送缓冲区int nSendBuf=32*1024;//设置为32Ksetsockopt(s,SOL_SOCKET,SO_SNDBUF,(const char*)&nSendBuf,sizeof(int));5. 如果在发送数据的时，希望不经历由系统缓冲区到socket缓冲区的拷贝而影响程序的性能：int nZero=0;setsockopt(socket，SOL_S0CKET,SO_SNDBUF，(char *)&nZero,sizeof(nZero));6.同上在recv()完成上述功能(默认情况是将socket缓冲区的内容拷贝到系统缓冲区)：int nZero=0;setsockopt(socket，SOL_S0CKET,SO_RCVBUF，(char *)&nZero,sizeof(int));7.一般在发送UDP数据报的时候，希望该socket发送的数据具有广播特性：BOOL bBroadcast=TRUE;setsockopt(s,SOL_SOCKET,SO_BROADCAST,(const char*)&bBroadcast,sizeof(BOOL));8.在client连接服务器过程中，如果处于非阻塞模式下的socket在connect()的过程中可以设置connect()延时,直到accpet()被呼叫(本函数设置只有在非阻塞的过程中有显著的作用，在阻塞的函数调用中作用不大)BOOL bConditionalAccept=TRUE;setsockopt(s,SOL_SOCKET,SO_CONDITIONAL_ACCEPT,(const char*)&bConditionalAccept,sizeof(BOOL));9.如果在发送数据的过程中(send()没有完成，还有数据没发送)而调用了closesocket(),以前我们一般采取的措施是”从容关闭”shutdown(s,SD_BOTH),但是数据是肯定丢失了，如何设置让程序满足具体应用的要求(即让没发完的数据发送出去后在关闭socket)？struct linger {u_short l_onoff;u_short l_linger;};linger m_sLinger;m_sLinger.l_onoff=1;//(在closesocket()调用,但是还有数据没发送完毕的时候容许逗留)// 如果m_sLinger.l_onoff=0;则功能和2.)作用相同;m_sLinger.l_linger=5;//(容许逗留的时间为5秒)setsockopt(s,SOL_SOCKET,SO_LINGER,(const char*)&m_sLinger,sizeof(linger));设置套接口的选项。 #include int PASCAL FAR setsockopt( SOCKET s, int level, int optname, const char FAR* optval, int optlen); s：标识一个套接口的描述字。 level：选项定义的层次；目前仅支持SOL_SOCKET和IPPROTO_TCP层次。 optname：需设置的选项。 optval：指针，指向存放选项值的缓冲区。 optlen：optval缓冲区的长度。注释：setsockopt()函数用于任意类型、任意状态套接口的设置选项值。尽管在不同协议层上存在选项，但本函数仅定义了更高的“套接口”层次上的选项。选项影响套接口的操作，诸如加急数据是否在普通数据流中接收，广播数据是否可以从套接口发送等等。 有两种套接口的选项：一种是布尔型选项，允许或禁止一种特性；另一种是整形或结构选项。允许一个布尔型选项，则将optval指向非零整形数；禁止一个选项optval指向一个等于零的整形数。对于布尔型选项，optlen应等于sizeof(int)；对其他选项，optval指向包含所需选项的整形数或结构，而optlen则为整形数或结构的长度。SO_LINGER选项用于控制下述情况的行动：套接口上有排队的待发送数据，且 closesocket()调用已执行。参见closesocket()函数中关于SO_LINGER选项对closesocket()语义的影响。应用程序通过创建一个linger结构来设置相应的操作特性： struct linger {int l_onoff;int l_linger; }; 为了允许SO_LINGER，应用程序应将l_onoff设为非零，将l_linger设为零或需要的超时值（以秒为单位），然后调用setsockopt()。为了允许SO_DONTLINGER（亦即禁止SO_LINGER），l_onoff应设为零，然后调用setsockopt()。 缺省条件下，一个套接口不能与一个已在使用中的本地地址捆绑（参见bind()）。但有时会需要“重用”地址。因为每一个连接都由本地地址和远端地址的组合唯一确定，所以只要远端地址不同，两个套接口与一个地址捆绑并无大碍。为了通知WINDOWS套接口实现不要因为一个地址已被一个套接口使用就不让它与另一个套接口捆绑，应用程序可在bind()调用前先设置SO_REUSEADDR选项。请注意仅在bind()调用时该选项才被解释；故此无需（但也无害）将一个不会共用地址的套接口设置该选项，或者在bind()对这个或其他套接口无影响情况下设置或清除这一选项。 一个应用程序可以通过打开SO_KEEPALIVE选项，使得WINDOWS套接口实现在TCP连接情况下允许使用“保持活动”包。一个WINDOWS套接口实现并不是必需支持“保持活动”，但是如果支持的话，具体的语义将与实现有关，应遵守RFC1122“Internet主机要求－通讯层”中第 4.2.3.6节的规范。如果有关连接由于“保持活动”而失效，则进行中的任何对该套接口的调用都将以WSAENETRESET错误返回，后续的任何调用将以WSAENOTCONN错误返回。 TCP_NODELAY选项禁止Nagle算法。Nagle算法通过将未确认的数据存入缓冲区直到蓄足一个包一起发送的方法，来减少主机发送的零碎小数据包的数目。但对于某些应用来说，这种算法将降低系统性能。所以TCP_NODELAY可用来将此算法关闭。应用程序编写者只有在确切了解它的效果并确实需要的情况下，才设置TCP_NODELAY选项，因为设置后对网络性能有明显的负面影响。TCP_NODELAY是唯一使用IPPROTO_TCP层的选项，其他所有选项都使用SOL_SOCKET层。 如果设置了SO_DEBUG选项，WINDOWS套接口供应商被鼓励（但不是必需）提供输出相应的调试信息。但产生调试信息的机制以及调试信息的形式已超出本规范的讨论范围。setsockopt()支持下列选项。其中“类型”表明optval所指数据的类型。选项类型 意义SO_BROADCAST BOOL 允许套接口传送广播信息。SO_DEBUG BOOL 记录调试信息。SO_DONTLINER BOOL 不要因为数据未发送就阻塞关闭操作。设置本选项相当于将SO_LINGER的l_onoff元素置为零。SO_DONTROUTE BOOL 禁止选径；直接传送。SO_KEEPALIVE BOOL 发送“保持活动”包。SO_LINGER struct linger FAR* 如关闭时有未发送数据，则逗留。SO_OOBINLINE BOOL 在常规数据流中接收带外数据。SO_RCVBUF int 为接收确定缓冲区大小。SO_REUSEADDR BOOL 允许套接口和一个已在使用中的地址捆绑（参见bind()）。SO_SNDBUF int 指定发送缓冲区大小。TCP_NODELAY BOOL 禁止发送合并的Nagle算法。setsockopt()不支持的BSD选项有：选项名 类型 意义SO_ACCEPTCONN BOOL 套接口在监听。SO_ERROR int 获取错误状态并清除。SO_RCVLOWAT int 接收低级水印。SO_RCVTIMEO int 接收超时。SO_SNDLOWAT int 发送低级水印。SO_SNDTIMEO int 发送超时。SO_TYPE int 套接口类型。IP_OPTIONS 在IP头中设置选项。返回值： 若无错误发生，setsockopt()返回0。否则的话，返回SOCKET_ERROR错误，应用程序可通过WSAGetLastError()获取相应错误代码。错误代码： WSANOTINITIALISED：在使用此API之前应首先成功地调用WSAStartup()。 WSAENETDOWN：WINDOWS套接口实现检测到网络子系统失效。 WSAEFAULT：optval不是进程地址空间中的一个有效部分。 WSAEINPROGRESS：一个阻塞的WINDOWS套接口调用正在运行中。 WSAEINVAL：level值非法，或optval中的信息非法。 WSAENETRESET：当SO_KEEPALIVE设置后连接超时。 WSAENOPROTOOPT：未知或不支持选项。其中，SOCK_STREAM类型的套接口不支持SO_BROADCAST选项，SOCK_DGRAM 类型的套接口不支持SO_DONTLINGER 、SO_KEEPALIVE、SO_LINGER和SO_OOBINLINE选项。 WSAENOTCONN：当设置SO_KEEPALIVE后连接被复位。 WSAENOTSOCK：描述字不是一个套接口。linux tcp原理的介绍就聊到这里吧，感谢你花时间阅读本站内容，更多关于linux tcp原理,深入浅出：研究Linux TCP原理，掌握TCP协议工作方式,linux下怎么设置tcp的信息别忘了在本站进行查找喔。
