【网络原理】TCP 协议中比较重要的一些特性（一）

野性酷女 2024-04-20 11:52 70阅读 0赞

**目录**

1、TCP 协议

2、确认应答

2.1、确认序号

3、超时重传

4、连接管理

4.1、建立连接（三次握手）

4.2、断开连接（四次挥手）

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## 1、TCP 协议 ##

TCP 是工作中最常用到的协议，也是面试中最常考的协议，具有面向连接，**可靠传输**，面向字节流，全双工的特点，其中可靠传输是 TCP 安身立命的本钱，**TCP 设计的初心就是为了解决“可靠传输”这个问题**。

![d7f183b336c84daebe2fd51113178fab.png][]

##  ##

## 2、确认应答 ##

确保 TCP 可靠性最核心的机制，称为**“确认应答”**。发送方给接收方发送消息成功后，接收方会返回一个**应答报文（ack 报文，acknowledge）**。

![18b7de2de8b146b2b9ac4343c705b0d4.png][]**ack（acknowledge，应答报文）**

![25af35ac8d3143df9a532c089aa09894.png][]

### 2.1、确认序号 ###

确认序号是返回的应答报文中的一个值，确认序号是按照发送过去的最后一个字节的序号再加上 1 来进行设定的。

![58479c83e9d5404ea30d53dddd4e4a69.png][]

如上图所示，主机 B 收到 1 - 1000 这些字节数据之后，反馈了一个应答报文。应答报文中的确认序号的值就是 1001。 **此处发送回去的 1001 有两个含义**：

> 1.  告诉发送方主机 A ，小于 1001 的数据已经收到了
> 2.  发送方主机 A接下来要发送从 1001 开始的数据

## 3、超时重传 ##

超时重传，是**确认应答**的补充，用于处理丢包情况。

如果一切顺利，通过应答报文就可以告诉发送方，当前的数据是否成功收到，但是网络上可能存在“丢包”情况。如果数据包丢了，没有到达对方，对方自然也就不会发送 ack 应答报文。为了针对这种情况，提出了“超时重传”。

> **超时重传简单来说就是**：发送方发了一个数据后，会进行等待，如果超过了预设的等待时间依然没有 ack 应答报文返回**（超时）**，此时发送方就会认为数据的传输出现了丢包，就会将刚才发送的数据包再传输一次**（重传）**。

重传并不会无限的重传，当重传次数到达一定上限时，会尝试重置连接，如果重置也失败，则会直接放弃连接。并且重传的超时时间阈值也不是固定不变的，会随着重传次数的增加而增大（重传频率越来越低）。

![5b00c8a7423445ddac4c0db3f15e0b65.png][]

当然，发送方没有接收到 ack 应答报文，有两种情况，一种是数据丢了，一种是接收方收到了数据，再回传 ack 时 ack 丢了。

**当 ack 丢失时**，会导致发送多次相同数据到接收方，此时接收方可以通过**“接收缓冲区”**将重复的数据过滤掉，防止因为重复数据出现问题。

**接收缓冲区**除了能够帮助我们进行去重之外，还能进行排序，对收到的数据按照序号进行排序，确保应用程序读到的数据和发送的**数据顺序是一致**的，可以简单认为接收缓冲区是一个**“优先级队列”**，以序号作为优先级的参考依据。

> **注意：**上述谈到的 ack、超时重传、保证顺序、自动去重，都是 TCP 内置的，只需要调用 outputStream.write() 上述功能即可自动生效。
> 
> 反之如果使用 UDP，上述问题都需要好好考虑并处理。

## 4、连接管理 ##

### 4.1、建立连接（三次握手） ###

**操作系统内核**建立连接的过程称为**“三次握手”**，目的是让通信双方都能保存对方的相关信息。

socket = new Scoket(serverIp,serverPort);

这个操作就是在进行“三次握手”，而服务器是在“三次握手”之后通过 accept 从队列中获取最新连接

![e9587e3999ea45d2a6b04ecfd3949e4d.png][] syn（synchronize，同步报文段）不携带载荷，只携带报头。

第一次交互，**一定是客户端主动发起的，**此时客户端会发送一个 syn 。服务器收到 syn 之后，会返回 ack （应答报文）和 syn ，其中 ack 表示收到了连接请求，syn 表示接收连接。此时客户端接收到 syn 后再给服务器发送一个 ack。

所谓的建立连接的过程，本质上就是通信双方各自给对方发送一个 syn，各自给对方回一个 ack。

![470559ae8ebd40e4af1a527c3d32d969.png][]

由于服务器返回 ack 和 syn 的过程和应用程序代码无关，由内核完成，中间两步的触发时机几乎完全一致，因此可以合并为一步。

> “三次握手”的意义：
> 
> 1.  可以先针对通信路径，进行投石问路，初步的确认以下通信链路是否畅通。【关注点在中间过程】
> 2.  验证通信双方的“发送能力”和“接受能力”是否正常。【关注点在两端】
> 3.  三次握手的过程中协商一些必要的参数。例如序号

### 4.2、断开连接（四次挥手） ###

通过 **socket.close()** 开始执行断开连接操作。

![b1be94c972044f92bcab8bb5ac39743a.png][] FIN（finish，结束报文段）

在实际过程中，也可能是“三次挥手”，三次和四**次取决于第一个 ack 和第二个 fin 的时间间隔**，由于这两者之间的间隔与应用程序代码有关，如果时间间隔比较长，此时就无法进行合并。但是通常情况下还是认为是四次挥手。

所谓的断开连接的过程，本质上就是通信双方各自给对方发送一个 fin，各自给对方回一个 ack。

![158099f2e1d24824a101d57bf73297e0.png][]

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