网络原理之TCP协议特性

TCP协议：

TCP，即Transmission Control Protocol，传输控制协议。人如其名，要对数据的传输进行一个详细的控制。TCP是相对可靠并不是绝对的安全。

TCP协议格式段

6位标志位: URG：紧急指针是否有效 ACK：确认号是否有效 PSH：提示接收端应用程序立刻从TCP缓冲区把数据读走 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 SYN：请求建立连接；我们把携带SYN标识的称为同步报文段 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 16位窗口大小：后面再说 16位校验和：发送端填充，CRC校验。接收端校验不通过，则认为数据有问题。此处的检验和不光包含TCP首部，也包含TCP数据部分。

16位紧急指针：标识哪部分数据是紧急数据；

确认应答机制（安全机制）：

每一个ACK都带对应的确认序列号，意思是告诉发送者，我们已经接受到了那些数据，接下来你要从哪里开始发。

超时重传机制（安全机制）：

主机A发送给主机B数据后，可能因为网络拥堵等原因，数据无法到达主机B

如果主机A在一个特定的时间收到主机B发来的确认应答，就会进行重新发送

但是也有可能是因为B发送来的信息丢包，导致A没有收到

解决方案：

最理想的情况是，找到一个最小的时间，保证“确认应答在一定的时间能够返回”。

但是这个时间的长短，随着网络的环境，是有所差异的

如果设置的时间过长会影响效率

如果时间设置的太短，可能会重复发送

链接管理机制（安全机制）：

在正常情况下TCP要进行三次握手，断开要进行四次挥手。

服务端：

[CLOSED -> LISTEN] 服务器端调用listen后进入LISTEN状态，等待客户端连接；

[LISTEN -> SYN_RCVD] 一旦监听到连接请求（同步报文段），就将该连接放入内核等待队列中，并向客户端发送SYN确认报文。

[SYN_RCVD -> ESTABLISHED] 服务端一旦收到客户端的确认报文，就进入ESTABLISHED状态，可以进行读写数据了。

[ESTABLISHED -> CLOSE_WAIT] 当客户端主动关闭连接（调用close），服务器会收到结束报文段，服务器返回确认报文段并进入CLOSE_WAIT；

[CLOSE_WAIT -> LAST_ACK] 进入CLOSE_WAIT后说明服务器准备关闭连接（需要处理完之前的数据）；当服务器真正调用close关闭连接时，会向客户端发送FIN，此时服务器进入 LAST_ACK状态，等待最后一个ACK到来（这个ACK是客户端确认收到了FIN）

[LAST_ACK -> CLOSED] 服务器收到了对FIN的ACK，彻底关闭连接。

客户端：

[CLOSED -> SYN_SENT] 客户端调用connect，发送同步报文段；

[SYN_SENT -> ESTABLISHED] connect调用成功，则进入ESTABLISHED状态，开始读写数据；

[ESTABLISHED -> FIN_WAIT_1] 客户端主动调用close时，向服务器发送结束报文段，同时进入FIN_WAIT_1；

[FIN_WAIT_1 -> FIN_WAIT_2] 客户端收到服务器对结束报文段的确认，则进入FIN_WAIT_2，开始等待服务器的结束报文段；

[FIN_WAIT_2 -> TIME_WAIT] 客户端收到服务器发来的结束报文段，进入TIME_WAIT，并发出LAST_ACK；

[TIME_WAIT -> CLOSED] 客户端要等待一个2MSL（Max Segment Life，报文最大生存时间）的时间，才会进入CLOSED状态。

滑动窗口（效率机制）：

批量传送数据，批量应答，动态实时准备数据
①数据丢失：会补发，正常补发之后，返回最大ACK值，这种机制叫做快重传。
②ACK丢失：最后一条ACK没丢就没有关系，只要接受了对方就能知道；按照收到最大的ACK来算，补发其他后面的就可以。

流量控制（安全机制）:

接收端处理数据的速度是有限的。如果发送端发的太快，导致接收端的缓冲区被打满，这个时候如果发送端继续发送，就会造成丢包，继而引起丢包重传等等一系列连锁反应。因此TCP支持根据接收端的处理能力，来决定发送端的发送速度。这个机制就叫做流量控制（Flow Control）；

拥塞控制（安全机制）:

虽然TCP有了滑动窗口这个大杀器，能够高效可靠的发送大量的数据。但是如果在刚开始阶段就发送大量的数据，仍然可能引发问题。因为网络上有很多的计算机，可能当前的网络状态就已经比较拥堵。在不清楚当前网络状态下，贸然发送大量的数据，是很有可能引起雪上加霜的。 TCP引入慢启动机制，先发少量的数据，探探路，摸清当前的网络拥堵状态，再决定按照多大的速度传输数据；

当TCP开始启动的时候，慢启动阈值等于窗口最大值；在每次超时重发的时候，慢启动阈值会变成原来的一半，同时拥塞窗口置回1；少量的丢包，我们仅仅是触发超时重传；大量的丢包，我们就认为网络拥塞；当TCP通信开始后，网络吞吐量会逐渐上升；随着网络发生拥堵，吞吐量会立刻下降；拥塞控制，归根结底是TCP协议想尽可能快的把数据传输给对方，但是又要避免给网络造成太大压力的折中方案。 TCP拥塞控制这样的过程，就好像热恋的感觉

延迟应答：

①每隔一段时间进行延迟应答，一定程度上加速大消息的速度
②每隔N次延迟应答一次
注意事项：有可能会触发超时重传，所以一定要小于超时重传的时间（500ms），一般为200ms

捎带应答：

断开连接一般是四次挥手，但是没有待处理的数据时，服务器可以将两次挥手合并为一次响应，发送给客户端。这就是捎带应答。

TCP面向数据流会遇到沾包，半包即得到不准确数据的问题的解决方法：

1.以\n作为数据流的边界
2.发送固定大小的数据流信息