理解TCP：传输控制协议的特点和机制-Toy模板网

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了理解TCP：传输控制协议的特点和机制。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方，请大家不吝赐教，您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

文章解释了TCP的拥塞控制策略，包括慢启动、拥塞避免、快速恢复和快速重传。

TCP—传输控制协议是一种面向连接的可靠传输协议。可靠，有序，无丢失和无传输

特点：

TCP是一种面向连接的传输协议
每一条TCP连接有且只能存在两个端点，形成一种端对端连接形式。
可靠、有序、无丢失和无重复
TCP时提供全双工通讯

按序到达但是还未被应用程序提取的数据
乱序到达的数据
想要发送的应用层数据
已经发送但未收到确认的数据
发送缓存
接收缓存

TCP是面向字节流的
建立TCP连接的时候需要知道内容

源/目IP、源/目端口----->TCP绘画的四元组信息
套接字：IP：port

可靠性

TCP的可靠性是同过四个机制来进行的

确认机制：传输确认每收到一个数据端均需要进行一次确认。
重传机制：当一个数据端中的某个报文丢失，会提醒重传丢失的报文
排序机制：传输一个数据端，呗分为多个报文，从不同路径传输最终到达目的地顺序会被打乱，需要重新排列组合，回复原石报文内容
流控机制（滑动窗口机制）：调节窗口大小来，对流量进行控制

窗口大小：指无需等待确认就可以连续发送的最大数据量

确认机制

累计确认

确认序列号表面是接受方期望收到发送方发送的下一个字节的序号；且表示之前的所有数据均已接受—累计确认（默认）

选择确认

若收到的报文段无差错，只是未按序号，中间还缺少一些序号的数据；
通过选择确认，
可以只传送缺少的数据而不重传已经正确到达接受方的数据。

选择确认机制也是需要进行协商的

排序机制

MTU—最大传输单元（针对设备接口的概念）不是固定的，根据链路类型来(e.g.以太网中MTU=1500字节)
MSS—最大段长度—TCP分段，在可选项中填充–该参数是需要在TCP建立握手过程中通过前两次SYN报文段来进行协商确定——只有date部分没有传输层段
PMTU—路径MTU发现协议—在一条传输路径中各个设备的MTU不相同，需要使用PMTU来确定MTU

(工作过程：起始段发送一个向目标地点的数据包，里面除了源目端口其余用0填充，发送到下个比它MTU小的节点，那个设备丢弃该数据包，并且回复一个它的MTU给起点，重复操作直到目标回消息给它)

重传机制

1.超时重传

RTT—往返时间(TCP报文发送完成的时刻到接收到该报文对应的ACK报文的时刻的差值)
RTO—超时重传时间(TCP超时重传定时器的超时时长)
RTO略大于RTT时间—>动态变换的数值，加倍的形式进行变化

RTO太大了
重发就慢，丢了还要过很久才重发，导致TCP连接没有充分利用网络，网络的利用率低，进而导致TCP端到端传输的延时长，性能差。
RTO太小了
重发得太快，会导致没有丢的包就重发。于是网络上存在大量的无意义的重发报文，一来占用大量带宽会，二来会增加网络拥塞，会导致更多的超时，然后更多的超时双导致更多的重发。

2.快速重传

在TCP中，快速重传机制是一种错误控制机制，用于在检测到丢包时快速重传丢失的数据包，如果发送方连续收到三个相同的ACK，它会推断相对应的数据包可能已经丢失，并立即重传该数据包而不是等待重传计时器超时(RTO时间到达)。

如果ACK(n)出现三次则重传数据包n

流控机制—流量控制机制

如何确定丢失的是哪一个报文
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窗口:指定的是无需等待确认应答，而可以继续发送数据包的最大值。

窗口大小体现在缓存的大小
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TCP的数据流控制机制是为了确保发送方的数据发送速率不会过快，以至于接收方来不及处理。这个机制通过滑动窗口来实现，它允许发送方在接收方确认接收数据之前发送一定数量的数据。

滑动窗口：发送方和接收方都维护一个窗口。发送方的窗口限制了它可以发送但还未被确认的数据量，而接收方的窗口限制了它可以接收但还未处理的数据量。
接收窗口：接收方在确认报文中告诉发送方其接收窗口的大小，这个大小表示接收方还能接收多少数据。如果接收窗口变为0，发送方必须停止发送数据，直到接收窗口的大小再次变为正数。
发送窗口调整：发送方根据接收到的接收窗口大小调整自己的发送窗口大小，以控制发送速率。
零窗口探测：如果发送方收到的接收窗口大小为0，它会定期发送零窗口探测报文，以检测接收方窗口是否已经打开（即接收方是否已经处理了数据并有空间接收新数据）。
窗口更新：当接收方处理了一些数据并有更多空间可用时，它会发送一个窗口更新报文，告知发送方新的接收窗口大小，发送方随后可以根据这个新大小发送更多数据。

TCP要求发送方依据接收窗口rwnd来控制数据的发送量。rwnd等于接收方接收缓存大小减去已存数据量大小即rwnd变量是可变的。

TCP头部的信息

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ACK确认位：当ACK=1时，确认序列号有意义，在连接建立后所有传输的报文端都必须将该标记位置为1
SYN同步位：代表连接请求
FIN中止位：表明此报文端发送方数据已发送完毕，要求释放连接。
RST复位：当TCP连接出现严重错误时，必须释放连接，然后重新建立传输连接
URG紧急位：当URG=1时，表面此报文中存在紧急数据，是高优先级数据，应尽快传输给应用层程序处理，不再缓存在排队。配合紧急针使用
PSH推送位：当PSH=1时，接收方应尽快交付数据给应用层程序，

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