TCP協議詳解

摘要： 小到基於應用層做網路開發，大到生活中無處不在的網路。我們在享受這個便利的時候，沒有人會關心它如此牢固的底層基石是如何搭建的。而這些基石中很重要的一環就是tcp協議。翻看一下“三次握手”和“四次揮手”，本以為這就是tcp了，其實不然。它僅僅解決了連線和關閉的問題，傳輸的問題才是tcp協議更重要，...

小到基於應用層做網路開發，大到生活中無處不在的網路。我們在享受這個便利的時候，沒有人會關心它如此牢固的底層基石是如何搭建的。而這些基石中很重要的一環就是tcp協議。翻看一下“三次握手”和“四次揮手”，本以為這就是tcp了，其實不然。它僅僅解決了連線和關閉的問題，傳輸的問題才是tcp協議更重要，更難，更復雜的問題。回頭看tcp協議的原理，會發現它為了承諾上層資料傳輸的“可靠”，不知要應對多少網路中複雜多變的情況。簡單直白列舉一下：

• 怎麼保證資料都是可靠呢？---連線確認！關閉確認！收到資料確認！各種確認！！
• 因為網路或其他原因，對方收不到資料怎麼辦？--超時重試
• 網路情況千變萬化，超時時間怎麼確定？--根據RTT動態計算
• 反反覆覆，不厭其煩的重試，導致網路擁塞怎麼辦？---慢啟動，擁塞避免，快速重傳，快速恢復
• 傳送速度和接收速度不匹配怎麼辦？--滑動視窗
• 滑動視窗滑的過程中，他一直告訴我處理不過來了，不讓傳資料了怎麼辦？--ZWP
• 滑動視窗滑的過程中，他處理得慢，就理所當然的每次讓我發很少的資料，導致網路利用率很低怎麼辦？---Nagle

其中任何一個小環節，都凝聚了無數的演算法，我們沒有能力理解各個演算法的實現，但是需要了解下tcp實現者的思路歷程。

梳理完所有內容，大概可以知道：

tcp提供哪些機制保證了資料傳輸的可靠性？

tcp連線的“三次握手”和關閉的“四次揮手”流程是怎麼樣的？

tcp連線和關閉過程中，狀態是如何變化的？

tcp頭部有哪些欄位，分別用來做什麼的？

tcp的滑動視窗協議是什麼？

超時重傳的機制是什麼？

如何避免傳輸擁塞？

一. 概述

1. tcp連線的特點

• 提供面向連線的，可靠的位元組流服務
• 為上層應用層提供服務，不關心具體傳輸的內容是什麼，也不知道是二進位制流，還是ascii字元。

2. tcp的可靠性如何保證

• 分塊傳送：資料被分割成 最合適的 資料塊（UDP的資料報長度不變）
• 等待確認：通過定時器等待接收端傳送確認請求，收不到確認則重發
• 確認回覆：收到確認後傳送確認回覆(不是立即傳送，通常推遲幾分之一秒)
• 資料校驗：保持首部和資料的校驗和，檢測資料傳輸過程有無變化
• 亂序排序：接收端能重排序資料，以正確的順序交給應用端
• 重複丟棄：接收端能丟棄重複的資料包
• 流量緩衝：兩端有固定大小的緩衝區（滑動視窗），防止速度不匹配丟資料

3. tcp的首部格式

3.1 巨集觀位置

• 從應用層->傳輸層->網路層->鏈路層，每經過一次都會在報文中增加相應的首部。 ofollow,noindex">參考之前的文章http協議
• TCP資料被封裝在IP資料報中