【网络原理】TCP 协议中比较重要的一些特性（二）

Bertha 。 2024-04-20 11:57 16阅读 0赞

**目录**

1、TCP 状态转换

1.1、三次握手状态

1.2、四次挥手状态

2、滑动窗口

3、流量控制

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## 1、TCP 状态转换 ##

TCP 状态和“线程状态”是类似的概念，用于描述 TCP 连接过程中正在执行什么操作。

TCP 服务器和客户端都有一定的数据结构来保存连接信息，而这个数据结构中有一个属性叫“状态”，操作系统内核根据状态的不同，决定当前应该执行什么操作。

![2a180491e37847efab562a908f8c0648.png][] TCP 状态转换图

### 1.1、三次握手状态 ###

![2865b17957424680aee4ab20d09d42fe.png][]

>  *  **LISTEN** 状态表示服务器创建好了 serverSocket，并且绑定客户端完成，等待客户端 new Socket 进行三次握手连接。
>  *  **ESTABLISHED** 状态表示连接已经建立完毕，三次握手完成。图中的两个 ESTABLISHED 状态可以认为是几乎同时进入。

### 1.2、四次挥手状态 ###

![1404d8e98aaf49efaea588def339d38d.png][]

>  *  **CLOSE\_WAIT** 表示收到对方发送过来的 fin，接下来的代码中需要调用 close 来主动返回 fin，由于关闭速度 socket 非常快**，该状态不太容易被察觉到。【谁被动断开连接，谁进入 CLOSE\_WAIT】**
>  *  **TIME\_WAIT** 表示本端给对方发起 fin 之后，对方也给返回了 fin，**该状态存在的意义是给最后一个 ack 重传留有一定时间，防止最后一个 ack 丢包，只要该状态还存在，就依然会保存对端的信息，才能为连接提供各种操作（包括返回 ack ）。【谁主动断开连接，谁进入 TIME\_WAIT】**
> 
> **需要注意的是：**TIME\_WAIT 也不会无休止的等待，最多等待 2 MSL（MSL 是系统内核的配置项，表示客户端到服务器之间，允许消耗的最长时间），一旦超过这个时间，就再也不会发送 ack 了。

## 2、滑动窗口 ##

滑动窗口时是 TCP 中非常有特点的机制。

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>  <img alt="" height="719" src="https://img-blog.csdnimg.cn/direct/199eee795f6e46edb4560bac4a18282f.png" width="891">  正常机制下  </td> 
   <td>  <img alt="" height="531" src="https://img-blog.csdnimg.cn/direct/181b86c82c2a43b490f2a5f347b89079.png" width="820">  滑动窗口下  </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

> 正常的确认应答机制下，每次发送放收到一个 ack 后才会发送下一个数据，导致大量的时间都消耗在等 ack 上。
> 
> 而**滑动窗口**就可以在保证可靠性传输的基础上，提高效率（减少损失的速度，而不是增加速度），通过批量传输，把多次请求的等待时间，使用同一份时间来等，减少了总的等待时间。
> 
> **例如：**此时批量4个数据，对应4个 ack，这4个 ack 到达的时间各异，此时不需要等所有 ack 都到达，只要有一个 ack到达，就发送下一个数据，不需要管 ack 的顺序。

![4bd5228143e54baf97786e66f61c03bb.png][]

> 当采用滑动窗口的策略时，如果出现丢包，如何进行重传？**这里分两种情况讨论**：
> 
> **1、ack 丢了**  
> 这种情况下, 部分 ack 丢了并不要紧，对可靠性没有影响，不需要进行重传，因为可以通过后续的 ack 进行确认。
> 
> ![674a3511f7ce42dc91eb02866b1276cf.png][]
> 
> **2、数据丢了**
> 
> 数据丢了**必然需要重传**。 上述重传的过程中，整体的效率是非常高的，因为这里的重传做到了“针对性”重传，不会有重复发送，整体的效率没有额外的损失，这种重传称为**“快速重传”**。
> 
> **TCP 有接收缓冲区**（生产者消费者模型），发送的数据先放到缓冲区里排队，当发现缓冲区中的数据不连续时证明数据丢失，就会重传对应的数据，待数据补齐后再继续接收后面的数据。
> 
> ![2b5d02b9467f48edbdbb1678bf23c203.png][]

## 3、流量控制 ##

滑动窗口的窗口大小不能无限大，如果窗口过大导致发送速度大于接收方的处理速度（导致接收缓冲区满了），就会出现丢包问题，进而影响了 TCP 的可靠传输。**【任何提升效率的行为都不应该影响到可靠性】**

为了让发送速度与处理速度保持步调一致，就需要**根据接收方的处理能力反过来影响发送方的发送速率**，**称为“流量控制”**。通过这个字段来给发送方反馈发送速度。该字段在普通报文中无意义，在 ack 报文中才有意义。接收方会按照自身**接收缓冲区的剩余空间大小（又称为“接收窗口”）**作为 ack 中**窗口大小**的数值，发送方就能根据该数值调整窗口大小。

![f4de4e37f8fa457fa0877de91b88d98c.png][]

当接收窗口逐渐较少，直至到 0 后，此时接收方的接收缓存区已满，发送方将停止发送。然后发送方会周期性发送窗口探测包（不携带载荷），用于查询窗口大小，当查询到窗口大小不为 0 时继续发送。

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[JVM 的垃圾回收机制以及垃圾回收算法的详解-CSDN博客![icon-default.png?t=N7T8][icon-default.png_t_N7T8]https://blog.csdn.net/zzzzzhxxx/article/details/136530845?spm=1001.2014.3001.5501][JVM _-CSDN_icon-default.png_t_N7T8_icon-default.png_t_N7T8_https_blog.csdn.net_zzzzzhxxx_article_details_136530845_spm_1001.2014.3001.5501][对 JVM 的类加载机制以及寻找字节码文件的“双亲委派模型”的理解-CSDN博客![icon-default.png?t=N7T8][icon-default.png_t_N7T8]https://blog.csdn.net/zzzzzhxxx/article/details/136529700?spm=1001.2014.3001.5501][JVM _-CSDN_icon-default.png_t_N7T8_icon-default.png_t_N7T8_https_blog.csdn.net_zzzzzhxxx_article_details_136529700_spm_1001.2014.3001.5501][【网络编程】理解客户端和服务器并使用Java提供的api实现回显服务器-CSDN博客![icon-default.png?t=N7T8][icon-default.png_t_N7T8]https://blog.csdn.net/zzzzzhxxx/article/details/136322678?spm=1001.2014.3001.5501][Java_api_-CSDN_icon-default.png_t_N7T8_icon-default.png_t_N7T8_https_blog.csdn.net_zzzzzhxxx_article_details_136322678_spm_1001.2014.3001.5501]

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