【网络原理】❤️Tcp 核心机制❤️ 通晓可靠传输的秘密，保姆式教学，建议收藏！！！

本篇会加入个人的所谓鱼式疯言

❤️❤️❤️鱼式疯言:❤️❤️❤️此疯言非彼疯言

而是理解过并总结出来通俗易懂的大白话,

小编会尽可能的在每个概念后插入鱼式疯言,帮助大家理解的.

🤭🤭🤭可能说的不是那么严谨.但小编初心是能让更多人能接受我们这个概念！！！

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引言

在当今数字化时代，我们几乎无时无刻不在与网络进行交互。无论是在线购物、视频会议还是简单的社交媒体浏览，网络通信的可靠性对我们的日常生活至关重要。

然而，你是否曾经想过，是什么确保了这些数据在跨越千山万水的网络传输中不丢失、不出错？这就是TCP——传输控制协议——的神奇之处。本文将深入探讨TCP如何通过其独特的机制实现数据的可靠传输，确保我们的网络体验既流畅又安全。 💞 💞 💞 💞

一. Tcp的可靠传输

1. Tcp的结构初识

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看到上面的Tcp报文结构图，源端口和目的端口在Udp，以及检验和在Udp的报文结构中已经有讲解过了，还不理解的小伙伴可以在去回顾一下哦 💞💞💞💞

这次主要是初步了解下，Tcp的报头长度（头长度），== 序号和确认序号(下面细讲)== ， 窗口大小(后面细讲) 。

2.Tcp的报头长度（头长度）

对于Tcp来说， Tcp的头长度 规定为 4个字节 ，注意是字节不是比特位。

但是和 Udp不同 的是， Udp 八个字节的长度是 固定的 ， Tcp 的四个字节长度是 可变的 ，因为在 Tcp的报头中还加了一个 保留位的扩展空间。

如果需要传递的网络数据 很多很大 的话，就可以利用Tcp保留位中扩展出来的空间进行传输，就可以减少出现 数据溢出 的现象，达到 扩容 的效果。

3. 可靠传输

小伙伴应该还不会忘记Tcp 主要有四个特点：

有连接， 可靠传输 ， 面向字节流， 全双工。

其中有连接，面向字节流，全双工这三个特点在实现Tcp 的回显服务器 的实现中已经体现出其特点了。

而最后一个： 可靠传输 将在本文中，详细的讲解背后的 机制原理 。

在 Tcp的可靠传输中，小编曾经讲过，可靠传输，并不是说百分百的传输成功, 而是尽可能的使数据有效的传输。

通过以下两个方式能使数据更 有效准确 的传输：

让发送方确认接收方是否接收到发送方传输过来的数据！

如果接收方没有收到，将 等待一段时间进行重传 ！

而上面的两种方式就对应着 Tcp的两种传输机制：

确认应答
超时重传

下面进入详解时刻

二. Tcp的确认应答机制

1. 确认应答的流程

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如上图，当主机A 给主机 传输一段数据 。

首先要明确一点的是，数据的传输是通过 序号 来确认的

而这里的序号 不是 一个一个的数字，而是从 1 开始的一段 连续的字节流 的数据。

比如小编需要发送一个数据序号为 1~ 1000 ，那么我作为发送方发送的应该是 1~1000 这样的序号，这里我们称之为序号

而作为 接收方确认应答数据 ，就需要 返回给发送方这个序号的最后一个数字+ 1 的 一个序号 ，就为 1001 。这1001 我们就称之为 确认序号 。发送方接收到了这样的序号就说明该数据已经发送成功了。

当需要发送第二段数据的时候，就从返回的数据 1001 开始的连续序号 开始发送 。以此循环往复，达到 确认应答 的效果。

由于Tcp的 面向字节流 的，并不是按照第一条，第二条的来编号的，而是按照 字节流 ，第一个字节，第 1000 字节来编号的。

每一个字节都有独立的编号，字节和字节之间，编号是连续的，递增的。

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按照 字节 这样的编号，称之为： Tcp序号

在 应答报文 （下文说明）中，根据之前收到的数据进行 对应编排 的序号，称之为： Tcp的确认序号 。

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特殊情况：

对于Tcp的序号/ 确认序号来说最大是 64KB的空间，也就是42亿九千万的最大数值。

如果一旦序号/ 确认序号的数值超过了 42亿九千万，就会从 0 开始连续： 0-> 42亿九千万-> 0 。

2. 确认应答的标志位

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以上是Tcp的不同的 标志位，也是决定着Tcp 的不同机制。

而对于 确认应答 这个机制来说:

标志位就是上述的 Ack，用来区分普通报文和应答报文。

如果Ack 标记为 1 , 该报文为应答报文，说明既含有 普通序号 ，同时也含有 确认序号 。

如果Ack 标记为 0 , 该报文为普通报文，只含有 普通序号 ，而不含有 确认序号

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细节补充：

对于应答报文来说，是 不携带载荷 的，只含有报头的一种 特殊的报文 。

3. 后发先至

下面小编想谈谈一种特殊的情况， 后发先至 。

什么是后发先至呢？

<1>. 后发先至的初识

举个栗子

假如小编想请我的女神吃麻辣烫，就会给女神发：

女神女神，我请你吃麻辣烫好不好？

女神就会回：好啊好啊！

如果我再问一句：女神女神，做我女票好不好？

女神就会回：滚！

正常情况：

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第一句回复对应第一个问题，第二句回复对应第二个问题。

特殊情况：

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但在网络传输中也有可能会出现，先发的后到达，后发的先达到。

就会造成 误解 , 引起歧义。

<2>. 后发先至的解决方案

对于这种 后发先至 的特殊情况。

Tcp早已根据确认应答机制做出了调整。

假如小编发过来的是： 1~1000 ， 1001~2000， 2001~3000

那么女神可能收到先收到： 1001~2000，再收到 2001~3000 ，最后收到 1~1000

假如没有收到 1~1000 的数据，就会先进行等待，等待的 1~1000 到达，然后再是1001~2000 ，最后是 2001~ 3000 的顺序来 排好序，使 接收方和发送方 所发的数据是顺序一致。

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如上图，系统内核中有一段内存空间，作为 “接收缓冲区” , 收到的数据会在缓存区中进行 排队等待 ，只有开头的数据到了，应用程序才会真正 读取 里面的数据。

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补充总结 ：

Tcp会针对 接收方 收到的数据进行 重新排序 ，确保应用程序，接收方收到数据顺序和发送方发送的数据顺序是一样的。

三. Tcp 的超时重传

1. 丢包的原因

为啥会丢包。

这里的丢包，指的的是 数据包 。

在网络传输过程中，会出现很多 不确定的情况 发生，就很有可能产生 “丢包问题”

<1>. 情况一

在网络传输过程中，很有可能会出现受 电磁波的影响 ，当传输的数据遇到一段变化的磁场，就会受磁场的影响，发生 bit翻转 , 也就是数据 0-> 1, 1->0 。

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这样就会使最终接收的校验和和发送的校验和对应不上，就会发送 丢包问题 。

<2>. 情况二

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在数据非常多的高峰时期，由于网络传输中的某个交换机的节点一时间无法转接那么多的数据， 能处理的空间小于实际所发送过来的数据。就会导致一部分数据不能及时处理，路由器就会把这些 数据给丢弃，从而出现丢包问题。

2. 丢包的种类以及处理方案

丢包的种类分为两种：

发送方发送数据丢包
返回确认序号 Ack丢包

<1>.数据丢包

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发送会设定一个 超时时间 .

如果在规定时间内没有收到 Ack的反馈，就说明数据丢包了~

一旦发送方感受到了 数据丢包了 ，就会 数据重传。

<2>. Ack 丢包

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对于发送方来说，是无法辨别是哪种情况的丢包，所以当在超过了 超时时间 , 没有收到 Ack的反馈 时，还是会进行重传的。

但是在 操作系统内核，存在一个内存空间为 “缓存区” ，当发送方发送一段数据，会先进入到缓存区中，接收方就会在 缓存区中查找是否有重复发送过的数据 ，然后进行去重操作，也就是把重复的数据直接 丢弃掉 。

从而确保 应用程序 ，read读出来的数据是唯一的，不重复的。

3. 超时时间的设定

超时时间的设定，这里的超时时间不是固定的，而是动态变化的。

发送方第一次重传，时间为 t1 , 如果在t1 时间内没有收到 Ack ，就会继续第二次重传，时间为 t2。

其中 t2 > t1 ,随着重传的次数越来越多，发送成功的 概率就越大 。

但是 重传的频次 会越来越低, 时间会 越来越长 。

反之，如果重传了很多次，说明网络的丢包率已经很高了==>网络发生严重故障，大概率没法继续使用了。

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重传也 不是无休止 的进行，当重传达到一定的次数后， Tcp就会尝试 重新连接 ，就会发送一个特殊的报文 “复位报文” ，如果网络重新连接了，通信就会继续进行，如果 复位报文 没有得到及时回应，此时 Tcp 就会 单方面的放弃连接 ~~。

总结

Tcp的结构初识及可靠传输： Tcp的四大特性： 有连接，可靠传输，面向字节流，全双工。其中提及支持可靠传输的背后的两种机制：确认应答和超时重传，以及 Tcp 报头结构和长度 。
Tcp的确认应答机制： Tcp的确认应答：以字节流的形式 Tcp序号和以及对应的Tcp确认序号， 标志位的Ack ，和一种特殊情况：后发先至。
Tcp的超时重传机制：主要两种丢包的原因：比特翻转，数据过多。和两种丢包类型： 数据丢包 和 Ack丢包。最后 超时时间的不是固定的，而是动态变化的 。