理解TCP：三次握手，四次握手，可靠数据传输、流量控制、拥塞控制

TCP有主要有两个特点：

• 面向连接：需要客户端和服务器在发送数据之前有连接
• 可靠传输：客户端与服务器之间发送的数据是可靠的（无损坏，按顺序）

下面总结一下TCP的一些知识点：

三次握手

• 用于客户端和服务器建立连接
• 第一步：客户端向服务器发送一个特殊的TCP报文段，表示想建立连接（SYN=1）
• 第二步：服务器收到该报文，向客户端发送允许连接的报文段（SYN=1，ACK=1）
• 第三步：客户端收到该报文，向服务器发送连接成功的报文段（ACK=1），同时在该报文段中携带数据
• 为什么不是两次握手？如果在第二步服务器收到报文就建立了连接，服务器会一直等待客户端发送数据，但客户端可能在第一步之后就段开了连接，导致服务器白白等待，浪费资源
• 为什么不是四次握手？因为在第三步，客户端发送连接成功的同时，可以携带数据，没必要分开发送，如果服务器收到了连接成功，还可以顺带接收一次数据。

四次握手

• 用于客户端和服务器断开连接
• 第一步：客户端向服务端发送一个特殊的TCP报文段，表示想断开连接（FIN=1）
• 第二步：服务器收到该报文段后会向客户端发送一个确认报文段（SYN=1）
• 第三步：服务端发送自己的终止报文段，表示想断开连接（FIN=1）
• 第四步：客户端收到服务端的终止报文段后，向服务端发送一个确认报文段（SYN=1）（bouns：同时客户端还会等待TIME_WAIT，在这段时间内没有服务器重传的FIN，才正式断开连接，以确保客户端最后的ACK能够达到服务器）
• 为什么断开连接要四次握手，而不像建立连接要三次？客户端和服务器的断开连接请求要分开发，客户端数据传输完毕，就可以请求断开连接，发送FIN并等待SYN，但此时服务器可能还有数据需要传输，所以先发送SYN表示同意客户端可以断开连接，等自己数据传输结束，再发送自己断开连接的请求FIN。
• 为什么不是五次握手？没必要，因为四次就可以确认双方都已经断开连接。

可靠数据传输

• 校验和：检测数据在传输过程中的有无变化
• 数据序列号Seq和确认序列号Ack：TCP把数据封装到很多个报文段中，每个报文段都包含一个序列号Seq，和一个确认序列号Ack，Seq告诉接收者当前发送的报文编号，Ack告诉接收者，我已经收到了哪些数据。
• 超时重传机制：对一个报文段，指定一个定时器，如果在超时时间内未收到Ack，则重传该报文段，有以下注意点：
  • 如果是发送数据超时，接收端没有收到，直接重传即可。
  • 如果是接收端已经收到，但是发送Ack超时，那发送端重传后，接收端再收到，直接丢弃重传数据，再发送Ack即可
  • 累积确认机制：接收方收到一个Seq，只有在上一个Seq收到的基础上，才会发出Ack，这意味着，发送方收到了一个大的Ack，即使较小的Ack丢失，都代表着大Ack之前的所有数据都接受成功了

流量控制

• 接收方有一个接收缓存，为了保证接收缓存不会溢出，TCP通过滑动窗口机制来控制流量。
• TCP会话的双方都各自维护一个发送窗口和一个接收窗口的变量来提供流量控制，发送窗口的大小是由接收窗口来决定
• 发送窗口表示两类数据：1. 已发送，但未收到Ack。2. 未发送，但允许发送。发送窗口只有收到已发送的Ack，才会移动发送窗口的左边界。
• 接收窗口表示未接收但准备接收的数据，接收窗口只有在前面所有的报文段都确认的情况下才会移动左边界
• 接收窗口的空间=接收缓存大小-（已接收的最大Ack-已读取的最大Ack），空间为零时，发送端停止发送数据

拥塞控制

• 通过TCP拥塞控制算法来限制发送方向连接发送流量的速率，主要包括慢启动、拥塞避
• 慢启动： 发送方以1MSS的速率开始发送，收到确认后，以指数增长。
• 拥塞避免：收到3次重复 Acks，发送速率降一半，之后线性增长