TCP/IP -- 逐帧分析连接，数据与断开

为什么要说TCP

随着整车EE 架构的不断推进，对通讯的要求逐渐增加，数据的体量也在指数上升。开个玩笑定义一下以后的汽车可能是：“网线插在燃料上，带着沙发到处跑”

这里就不得不说到以太网。说到以太网又不得不说一下TCP/IP. 有的朋友会说，AP 里面聊的都是DDS, SOME/IP，DO/IP。为什么要聊TCP/IP , UDP呢。-- 因为我们是基础软件。汽车在设计，开发，使用阶段，无论是系统工程师，还是软件工程师，都需要对其进行了解。

下面我们通过仿真软件（和实际的一样），来逐帧分析TCP/IP的握手与断开细节。

环境搭建

首先我们准备一台PC 和 一台服务器， 这里用简单的网线直连。

下面我们让电脑和服务器处于同一网段。

这里设置

电脑的静态IP: 192.168.1.2

服务器的静态IP：192.168.1.1

这里环境搭建完毕，下面我们使用PC 来通过访问web的方式来访问Server, 里面我们现在之分析 TCP 的报文，当然也要包括Http的应用层，这要针对TCP。我们设置一下。

到这里环境搭建完毕。开始跑起来。

方便观察，一下步骤皆为单步运行。

建立连接

首先我们让PC 以访问网页的方式去访问服务器的IP。

这里可以看出来，

PC端首先生成了一帧报文

准备发送出去的报文。下图是从七层架构的说明。这里只聊一下TCP层。可以看出来，TCP之后封装到IP，然后是链路层，最后就到了硬件。

报文解读：

1. PC 尝试与192.168.1.1 在port80上建立一个TCP 连接
2. 连接状态为SYN_SENT
3. 下面就是一些属性参数,可以自行查找。我们需要关注的是，第一帧PC 的SYN 标志位。

有了这个初步认识，我们从报文本身的角度去看一下如何封装。下图为PDU信息。

好，这里我们已经明白了PC准备的第一帧握手报文。下面我们把它发出去。

下面我们看一下Server 如何处理。

从七层结构开始说起。

左边是刚才Server收到的PC 报文。右边是Server准备回复的报文。

可以看出了除了属性参数之外，server端对SYN 做出了ACK。也就是说 server 对 PC 的连接请求有了回应，并且相对应的flag置位了。

从PDU 的角度也可以看出来。下面的PDU 可以和PC发送的PDU 进行对比。有一个flag 被置位。

仔细点的朋友可能会看出来PDU里面有个信息不正常。是sequence number为0. 这是因为仿真软件计数从零开始，实际的报文这里可能是个随机的数，其实也不是随机的数，是根据data package的长度，递增的数。这里知道即可。

好，我们继续前进。

PC收到了消息。我们看一下，收到并且是如何回复的。

这里可以看出来PC收到了server的ack信息之后，准备了一帧报文准备回复。

这里需要注意两个细节，

1. sequence number 增了1
2. 对ACK进行了ACK‘

可以看一下封装的PDU。可以详细的看出 sequence number的位置，和flag的位置。

从server端可以监控到 来自PC的ack信息。

这里清楚的写着connection 已经建立。并且可以看出来。server端没有准备输出的报文。也就是说这时候Server端处于监听状态，监听来自PC的报文。

到这里位置握手环节结束，也就是下图，

数据传输

上面建立好了TCP 连接。

PC端开始进行数据传输，我们看一下数据传输的信息。

Sever端收到一帧来自PC的 PUSH报文。请求在1042port上。PUSH位置位，

TCP协议中的PUSH标志位是TCP首部中的一个标志位字段，它用于控制数据的传输方式。

当TCP报文中的PUSH标志位被设置为1时，它表示发送方的数据应该立即传输给接收方，而不需要等待缓冲区填满或者等待计时器超时。这个标志告诉接收方应立即传递数据给应用层，以便实时处理或者显示。

这个机制在需要实时数据传输的应用中非常有用，例如即时通信应用或者实时语音/视频传输。通过设置PUSH标志位，发送方可以尽快将数据传送给接收方，而不需要等待额外的延迟。

需要注意的是，PUSH标志位只是一个建议，接收方并不一定非要立即进行数据传递。这取决于具体的实现和网络状况。

简单一句话，PC发送数据给server了。

我们看看server如何回复。

收到PC的请求之后，这里ACK进行置位，注意后面跟着471个长度的数据，这里指的是应用层的数据Http.

像我们做汽车软件的，这里的数据可能来自some/ip 等等来自应用层的数据。

看一下server回复的pdu 分布。注意一下箭头位置即可。

下面PC端收到了来自server的回复。也就是说 网页有响应了。

我们来看一下怎么回事。

上面的这个过程就是数据传输，如下图。

这里之后PC端没有了数据请求。就不需要连接了。PC端主动发起断开连接。

断开连接

PC端发送第一帧断开连接，这时候

发送FIN+ACK

Server 端把TCP状态设置为CLOASE_WAIT

可以从PDU 里面的flag 看出。

下面server需要对断开请求做出回复。

回复的信息如下，状态设置为closing.

当然这时候PC 还需要进行ACK 反馈。

直到最后服务端进行最后的ack.

然后设置状态位close. 自此 TCP 断开连接。

上述就是断开的四次挥手环节，如下图。

总结一下

回顾整体报文，一共经过了以下几个来回的交互。

希望对大家有一点点帮助。

下期可以说一下，域控上的网络。

如下的网络分布

文章转载自公众号：汽车与基础软件