【好书精读】网络是怎样连接的 之 连接服务器

(该图由AI制作 学习AI绘图 联系我) 

目录

1 连接是什么意思

1.1 连接实际上是通信双方交换控制信息

2 负责保存控制信息的头部

2.1 客户端与服务器之间交换的控制信息

连接操作的实际过程


1 连接是什么意思

创建套接字之后 应用程序 浏览器 就会调用 connect 随后协议栈会将本地的套接字与服务器的套接字进行连接

连接操作的目的之一把服务器的 IP 地址和端口号等信息告知协议栈

套接字刚刚创建完成 的时候 里面并没有存放任何数据 也不知道通信的对象是谁

在这个状态下 即便应用程序要求发送数据 协议栈也不知道数据应该发送给谁

浏览器可以根据网址来查询服务器的 IP 地址 而且根据规则也知道应该使用 80 号端口 但只有浏览器知道这些必要的信息 是不够的

因为在调用 socket 创建套接字时 这些信息并没有传递给协议 因此 我们需要把服务器的 IP 地址和端口号等信息告知协议栈

连接操作的目的之二:客户端向服务器传达开始通信的请求

服务器上也会创建套接字,但是 不知道应该和谁进行通信,

而且 和客户端不同的是 在服务器上 连应用程序也不知道通信对象是谁

于是 我们需要让客户端向服务器告知必要的信息

1.1 连接实际上是通信双方交换控制信息

上面提到的客户端,将 IP地址,和端口号,告知服务器,这样的过程——就属于,交换控制信息的一个具体的例

连接操作中,所交换的控制信息,是根据通信规则,来确定的

此外 当执行数据收发操作时 我们还需要一块,用来临时存放要收发的数据的内存空间 这块内存空间称为缓冲区 它也是在连接操作 的过程中分配的

2 负责保存控制信息的头部

控制信息分为两类

第一类 是,客户端,和服务器,相互联络时,交换的控制信息

连接时需要 包括数据收发和断开连接操作在内 整个通信过程中都需要

这些内容在 TCP 协议的规格中进行了定义 具体来说 中的这些字段就是 TCP 规格中,定义的控制信息

这些字段是固定的,在连接、收发、断开等各个阶段中,每次客户端和服务器之间进行通信时,都需要提供这些控制信息

2.1 客户端与服务器之间交换的控制信息

如图 a 所示 这些信息,会被添加在,客户端与 服务器之间,传递的,网络包的开头

在连接阶段 由于数据收发还没有开始 ,所以如图 b 所示 网络包中没有实际的数据 只有控制信息

为了避免各种不同的头部发生混淆 ,我们一般会记作 TCP 头部、以太网头部 B、IP 头部

头部是用来记录和交换控制信息的

另外一类 那就是保存在套接字中 用来控制协议栈操 作的信息

连接操作的实际过程

过程是从应用程序调用 Socket 库的 connect 开始的 )。

connect(< 描述符 >, < 服务器 IP 地址和端口号 >, …)

提供了服务器的 IP 地址和端口号  会传递给协议栈中的 TCP 模块

TCP 模块会与该 IP 地址对应的对象 也就是与服务器的 TCP 模块交换控制信息

  1. 客户端先创建一个包含表示开始数据收发操作的控制信息的头部 (客户端(发送方)的套接字就准确找到了服务器(接收方)的套接字,也就是搞清楚了我应该连接哪个套接字) 连接操作的第一步是在 TCP 模块处创建表示连接控制信息的头部。

  2. 将头部中的控制位的 SYN 比特设置为 1 大家可以认为它表示连接

 

TCP 头部创建好之后 接下来 TCP 模块会将信息传递给 IP 模块并委托它进行发送

IP 模块执行网络包发送操作后

网络包就会通过网络到达服务器

服务器上的 IP 模块会将接收到的数据传递给 TCP 模块

服务器的 TCP 模块根据 TCP 头部中的信息找到端口号对应的套接字

从处于等待连接状态的套接字中找到与 TCP 头部中记录的端口号相同的套接字就可以了

当找到对应的套接字之后 套接字中会写入相应的信息 并将状态改为正在连接

此时:

服务器的 TCP 模块会

返回响应

这个过程和客户端一样 需要在 TCP 头部中设置发送方和接收方端口号以及 SYN 比特

还需要将 ACK 控制位设为1,这表示已经接收到相应的网络包

服务器 TCP 模块会将 TCP头部传递给 IP 模块 并委托 IP 模块向客户端返回响应

网络包就会返回到客户端

  1. 通过 IP 模块到达 TCP 模块并通过 TCP 头部的信息确认连接服务器的操作是否成功

  1. 向套接字中写入服务器的 IP 地址端口号等信息
  2. 将状态改为连接完毕

客户端的操作就已经完成

客户端也需要将 ACK 比特设置为 1 并发回服务器 告诉服务器刚才的响应包已经收到

套接字就已经进入随时可以收发数据的状态了,大家可以认为

这时有一根管子把两个套接字连接了起来

建立连接之后,协议栈的连接操作就结束了,

也就是说 connect 已经 执行完毕,控制流程被交回到应用程序

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