【网络原理】TCP/IP 协议—— 传输层（二）TCP协议

TCP （Transmission Control Protocol）传输控制协议（重点）

一、特点：

• 有连接
• 面向流
• 可靠性：

1. 数据保证正确 —— 校验和
2. 作为一个发送方，希望知道接受方是否收到数据 —— 确认应答（SN/ASN/ACK）
3. 保证接收方的数据是按序收到的 —— TCP 利用 SN 在接收方做排序
4. 接收方可以去重数据 —— SN

二、TCP 协议段格式

 

1、32 位序号（Sequence Number/SN）与 32 位确认序号（Acknowledge Sequence Number/ASN）：通过序号和确认序号实现明确收到的是哪句话

SN 的三个作用：标号便于应答；在接收方排序；（去重）去除接收到的重复报文。

1. 发送的每个数据都带着 SN
2. 如果数据中的 ACK 被置为 1，表示该 TCP 包有确认含义（发送数据和确认含义共用的）
3. ASN 可以计算出收到哪些数据

2、4位TCP报头长度：表示该TCP头部有多少个32位bit(有多少个4字节)；所以TCP头部最大长度是15 * 4 = 60

3、六位标志位：

1. URG: 紧急指针是否有效
2. ACK: 确认号是否有效
3. PSH: 提示接收端应用程序立刻从TCP缓冲区把数据读走
4. RST: 对方要求重新建立连接; 我们把携带RST标识的称为复位报文段
5. SYN: 请求建立连接; 我们把携带SYN标识的称为同步报文段
6. FIN: 通知对方, 本端要关闭了, 我们称携带FIN标识的为结束报文段

URG： Urgent 紧急 + 配合 16位 紧急指针（偏移量），为 1 则优先查看紧急指针所在的内容。

16位紧急指针: 标识哪部分数据是紧急数据。

PSH ：建议别缓冲这份数据

三、确认应答机制（ACK 机制 以及 SN 和 ASN）

前置知识：数据在网络上的传输过程中不一定走的是同一条路。即到达顺序可能和发送顺序不同。所以是需要通过 SN 进行排序的。

TCP将每个字节的数据都进行了编号， 即为序列号。每一个ACK都带有对应的确认序列号，意思是告诉发送者， 我已经收到了哪些数据，下一次你从哪里开始发。

实际上来说，一个 TCP 的通信过程中，只有第一个 Segment 的 ACK 没有置为 1，其他全部含有 ACK 含义。

ASN 的细节含义：希望发送端发送的下一个字节的序号。如 SN 为1003，数据长度为 20 ，则接收方回复以 1023 开头的其他数据。

四、超时重传机制：

1、基于确认应答。超时：超过预计时间。重传：把没有收到应答的数据重新发送一次。

TCP 的发送方发送数据给接收方之后，在一段时间内没有收到 接收方 发来的确认应答。那么在次数限制内会进行重发，直至收到应答。对于 TCP 连接中任何 Segment 都需要应答，除了 ACK 本身（应答（无数据）本身不需要应答）

2、那么, 如果超时的时间如何确定?

最理想的情况下, 找到一个最小的时间, 保证 "确认应答一定能在这个时间内返回".但是这个时间的长短, 随着网络环境的不同, 是有差异的.如果超时时间设的太长, 会影响整体的重传效率;如果超时时间设的太短, 有可能会频繁发送重复的包;

3、TCP为了保证无论在任何环境下都能比较高性能的通信, 因此会动态计算这个最大超时时间。根据网络情况跳转，一般实现是：遇到丢包，超时时间翻倍。

4、TCP 有发送缓冲区 和 接收缓冲区

原因：发送的数据有可能需要重传，所以 TCP 需要暂时保存这些数据。接收：数据可能是无序到达的，或者可能数据到达后应用层不是马上取走。

对于 TCP 来说，发送成功：如os.write()；成功，代表只是数据被写入到 TCP 协议栈的发送缓冲区，不代表数据发生到网络上了，更不代表对方已经收到了。

接收方：如is.read();如果接收缓冲区中有准备好（有序）的数据，直接返回。如果没有数据，则会一直堵塞，直到数据准备好。