【Linux | 计网】TCP协议详解：从定义到连接管理机制

1.TCP协议的定义：

2.TCP 协议段格式

3.TCP两种通信方式

4.确认应答(ACK)机制

解决“后发先至”问题

5.超时重传机制

那么, 超时的时间如何确定?

6.连接管理机制：

6.1.三次握手：

为什么需要3次握手，一次两次不行吗？

小结：

三次握手有以下优点：

6.2.四次挥手

为什么连接的时候是三次握手，关闭的时候却是四次握手？挥手的时候可以将ACK和FIN一起发送吗

1.TCP协议的定义：

TCP 全称为 "传输控制协议(Transmission Control Protocol"). 人如其名, 要对数据的传输进行一个详细的控制;

2.1.各个部分的含义：

很明显方案二更加高效，但是方案二有一个缺陷，那就是如果多个应答中有一个应答丢失，如何知道是哪一个应答丢失呢？所以这就需要确认应答机制中的序列号和确认序号出马了！

什么是确认应答机制？
我们平时交流的时候，怎么确认对方接受到了我们传送的消息呢？就需要对方给我们传递一个应答消息表示对方已经接受到了我们的消息

基本原理：
TCP确认应答机制的核心思想是，发送方在发送数据后，接收方需要向发送方返回一个确认应答报文（ACK报文），以告知发送方数据已成功接收。这一机制确保了发送方能够知道其发送的数据是否已被接收方正确接收。

确认应答机制的特性：

在网络传输过程中，由于路径延迟和节点繁忙程度的不同，可能会出现“后发先至”的问题，即后发送的数据包先到达接收方。为了解决这个问题，TCP引入了序号和确认序号的概念，通过对数据进行编号，接收方可以准确地识别出每个数据包的顺序，并生成正确的确认序号。

TCP 将每个字节的数据都进行了编号. 即为序列号。

发送序号（seq）：用于标识发送方发送的每个数据包的起始字节序号。这样，接收方可以根据序号来重组乱序到达的数据包，确保数据的正确顺序和完整性。
确认序号（ack）：用于标识接收方期望从发送方接收到的下一个数据包的起始字节序号。它实质上是接收方告诉发送方：“我已经成功接收到了哪个序号之前的所有数据，请从这个序号开始发送后续的数据。”通过这一机制，发送方可以确认其发送的数据是否已被接收方正确接收，并据此决定是否需要重传某些数据包。

确认序号 = 收到的序号 + 1，表示该确认序号之前的数据，我们已经全部收到，下次发送请从确认序号开始！

比如1000，2000 ， 4000 的数据到了，但是3000的没到，那么就先将1000， 2000的传给上层，等待3000再将4000一切交给上层。

这就保证了确认序号前的全部数据，我们都已经全部收到！

超时重传会对发送的报文，并且没有收到应答的报文进行保存（在滑动窗口当中），方便我们进行重传！

但是, 主机 A 未收到 B 发来的确认应答, 也可能是因为 ACK 丢失了，如下图：

因此主机 B 会收到很多重复数据. 那么 TCP 协议需要能够识别出那些包是重复的包, 并且把重复的丢弃掉.
这时候我们可以利用前面提到的序列号, 就可以很容易做到去重的效果.

TCP 为了保证无论在任何环境下都能比较高性能的通信, 因此会根据网络环境动态计算这个最大超时时间.

Linux 中(BSD Unix 和 Windows 也是如此), 超时以 500ms 为一个单位进行控制, 每次判定超时重发的超时时间都是 500ms 的整数倍.
如果重发一次之后, 仍然得不到应答, 等待 2*500ms 后再进行重传.
如果仍然得不到应答, 等待 4*500ms 进行重传. 依次类推, 以指数形式递增.
累计到一定的重传次数, TCP 认为网络或者对端主机出现异常, 强制关闭连接

第一次握手：客户端向服务器发送一个带有SYN（Synchronize Sequence Numbers，同步序列号）标志位的TCP数据包，请求建立连接。这个数据包中包含了客户端的初始序列号（ISN，Initial Sequence Number）。
第二次握手：服务器收到客户端的SYN请求后，会回复一个带有SYN和ACK（Acknowledgment，确认）标志位的数据包，称为SYN-ACK响应。这个响应中，服务器确认了客户端的SYN请求，并指定了服务器的初始序列号（ISN）。同时，服务器还会对客户端的初始序列号进行确认，即发送一个确认号（ACK号），表示已经收到客户端发送的序列号加1的数据。
第三次握手：客户端收到服务器的SYN-ACK响应后，会发送一个带有ACK标志位的数据包，表示确认了服务器的响应。这个ACK数据包中，客户端会确认收到了服务器的SYN响应，并指定了下一个要发送的序列号（即服务器的初始序列号加1）。至此，三次握手完成，TCP连接建立成功，双方可以开始进行数据传输