【网络原理】TCP 协议中比较重要的一些特性（一）

news2024/11/19 9:23:03

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）

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。

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）。

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。

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：

告诉发送方主机 A ，小于 1001 的数据已经收到了
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）。

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

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。

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：

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】
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】
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。

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。

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