TCP协议如何保证可靠传输

柔情只为你懂 2022-11-11 14:53 175阅读 0赞

# 1. 概念 #

TCP是一种协议，应用于网络分层中的传输层。下图是 TCP/IP协议的四个层次。

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（1）应用层决定了向用户提供应用服务时通信的活动。TCP/IP 协议族内预存了各类通用的应用服务。 比如， FTP（File  
Transfer Protocol， 文件传输协议） 和 DNS（Domain Name System， 域名系统） 服务就是其中两类。HTTP 协议也处于该层。  
（2）传输层对上层应用层， 提供处于网络连接中的两台计算机之间的数据传输。在传输层有两个性质不同的协议： TCP（Transmission Control Protocol， 传输控制协议） 和 UDP（User Data Protocol， 用户数据报协议） 。  
（3）网络层，又名网络互连层。用来处理在网络上流动的数据包。 数据包是网络传输的最小数据单位。 该层规定了通过怎样的路径（所谓的传输路线） 到达对方计算机， 并把数据包传送给对方。与对方计算机之间通过多台计算机或网络设备进行传输时， 网络层所起的作用就是在众多的选项内选择一条传输路线。  
（4）链路层，又名数据链路层， 网络接口层。用来处理连接网络的硬件部分。 包括控制操作系统、 硬件的设备驱  
动、 NIC（Network Interface Card， 网络适配器， 即网卡） ， 及光纤等物理可见部分（还包括连接器等一切传输媒介） 。 硬件上的范畴均在链路层的作用范围之内。

## 1.1  TCP/IP的通信传输流 ##

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利用 TCP/IP 协议族进行网络通信时， 会通过分层顺序与对方进行通信。 发送端从应用层往下走， 接收端则从网络层往上走。  
        用 HTTP 举例来说明，

（1）首先作为发送端的客户端在应用层（HTTP 协议） 发出一个想看某个 Web 页面的 HTTP 请求。

（2）接着， 为了传输方便， 在传输层（TCP 协议） 把从应用层处收到的数据（HTTP 请求报文） 进行分割， 并在各个报文上打上标记序号及端口号后转发给网络层。  
（3）在网络层（IP 协议） ， 增加作为通信目的地的 MAC 地址后转发给链路层。 这样一来， 发往网络的通信请求就准备齐全了。

（4）接收端的服务器在链路层接收到数据， 按序往上层发送， 一直到应用层。 当传输到应用层， 才能算真正接收到由客户端发送过来的 HTTP请求。

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发送端在层与层之间传输数据时， 每经过一层时必定会被打上一个该层所属的首部信息。 反之， 接收端在层与层传输数据时， 每经过一层时会把对应的首部消去。

# 2. TCP三次握手 #

为了准确无误地将数据送达目标处， TCP 协议采用了三次握手（three-way handshaking） 策略。握手过程中使用了 TCP 的标志（flag） —— SYN（synchronize） 和 ACK（acknowledgement） 。发送端首先发送一个带 SYN 标志的数据包给对方。 接收端收到后，回传一个带有 SYN/ACK 标志的数据包以示传达确认信息。 最后， 发送端再回传一个带 ACK 标志的数据包， 代表“握手”结束。  
       TCP三次握手如下图：

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具体过程如下：

（1）第一次握手  
客户主动（active open）去connect服务器，并且发送SYN 假设序列号为J,  
服务器是被动打开(passive open)

（2）第二次握手  
服务器在收到SYN后，它会发送一个SYN以及一个ACK（应答）给客户，  
ACK的序列号是 J+1表示是给SYN J的应答，新发送的SYN K 序列号是K

（3）第三次握手  
客户在收到新SYN K, ACK J+1 后，也回应ACK K+1 以表示收到了，  
然后两边就可以开始数据发送数据了

### 3. TCP的安全可靠传输性 ###

TCP协议支持数据报传输可靠性的主要方法是确认、超时、重传、校验和以及流量控制。  
（1）校验和——每个TCP报文段都包括检验和字段，校验和用来检查报文段是否出现传输错误，如果报文段出现传输错误，TCP检查出错就丢弃该报文段。  
（2）确认——接收端检查报文是否出错，发现出错时就丢弃，不发确认；而发送端TCP就通过检查接收端的确认，判断发送的报文段是否已经正确到达目的地。  
（3）超时——发送端根据发出的报文段在超时规定的时间内是否收到确认，从而来判断该报文段是否丢失或传输出错。TCP使用了4种计时器:重传计时器、坚持计时器、保持计时器和时间等待计时器来保证了传输的可靠性。

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