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第二章，TCP --- 传输控制协议

是一种面向连接的可靠传输协议
TCP是在不可靠的IP层之上，实现的可靠数据传输协议，主要解决传输的可靠、有序、无丢失和不重复问题。

特点

1.存在虚连接
2.TCP是点到点连接
3.提供可靠交付的服务
4.TCP提供全双工通讯，且通信双方均具备发送缓存和接收缓存
发送缓存
TCP准备发送的数据
TCP已经发送，但是没有收到确认的数据
接收缓存
按序到达，但尚未被应用程序读取的数据
未按序到达的数据
4.TCP是面向字节流的协议--- TCP把应用层交付的数据看做是一串无结构的字节流。

TCP报文段

序列号：是建立在TCP字节流之上的参数，TCP每发送一个字节数据，则序列号加1。

确认序列号：为了实现确认机制诞生的。

1. 表达了接收方期望收到发送方发送的下一个字节的序列号。

2. 代表接收方已经收到了该确认序列号之前的所有数据。

窗口：指的是，发送本报文段的一方的接收窗口(初始时为接收缓存)大小；即允许发送方连续发送的 数据量。

控制位(标志位)：

紧急位URG--- 代表后续数据中，存在紧急数据，是高优先级的数据，应尽快处理，不要在接收缓 存中排队。

确认位ACK--- ACK=1，则代表确认序列号有效；一般而言，数据传输阶段，该标记位均为1

推送位PSH--- 接收方应尽快交付存在于接收缓存中的数据，不需要等待缓存填满再向上交付。

复位RST--- 当TCP连接存在问题，必须释放连接，然后重新建立连接时，使用该标记位。

同步位SYN--- 表示一个连接请求报文

终止位FIN--- 表示一个连接释放报文

TCP的可靠性

确认机制

TCP保证对方能够收到本端发送的数据段的方式，就是让对方回复一个确认报文段；而这个确认报 文段最重要的标志就是TCP头部中的ACK=1，同时激活确认序列号。--- 逐段确认。

因为逐段确认机制，会导致TCP传输效率降低，以及存在窗口值参数，故TCP确认机制变更为累积确 认。发送多次报文，只需要接收到一次确认即可。

SACK --- 选择确认机制--- 在确认报文的TCP首部中的Option字段中，携带自己已经收到的数据信 息；此时发送方就可以有选择性的重传数据，而不会重传丢失数据及之后的所有数据。是需要通信双方 进行协商的，如果双方都支持，则可以使用。--- 在TCP三次握手的前两次SYN报文中协商，与Option字 段中携带。

延迟确认机制：

在没有收到2*最大段长度的数据为止，不做确认。

最大延迟0.5秒回复确认报文。

捎带应答--- 本地发送回执信息时，顺便携带某些数据信息。

排序机制

排序机制依靠每个分段TCP首部中的序列号字段进行。

MSS(最大段长度)--- 决定数据段会被分割成多大的大小。

该参数是在TCP建立握手过程中，通过前两个SYN报文段来进行协商确定的，被携带在TCP首部的可 选项字段中。 --- 如果MSS数值不同，则选择最小的MSS数值作为后续分段的标准。

MSS数值是跟随MTU数值确定的。

分片 --- 是网络层IP协议的概念

如果，在传输层使用了TCP协议，则存在TCP分段，此时，IP层面封装时，不再需要进行进一步的分片。

重传机制

本地多久没有收到对端的确认报文，则认为此时需要进行重传操作 ---超时重传。

RTT --- 往返时间 --- 指的是发送端发送数据后，到本地接收到对端反馈的确认报文的这段时间。 RTO --- 超时重传时间；该时间是略大于RTT时间。

RTT时间是动态变化的，所以RTO时间也是动态变化的。

超时间隔加倍机制--- 每发生一次超时重传，则RTO时间加倍，直到收到确认报文，RTO时间重新根 据RTT时间进行计算。

快速重传机制

正常情况下，服务器收到一个乱序报文，不会意识到自己的报文段丢失，此时，服务器是不能直接 确认后续的报文段的。采用了冗余ACK机制--- 就是将已经发送过的ACK报文，再一次发送。

如果接收方，连续收到三次冗余ACK报文，则认为存在报文丢失现象，根据ACK报文内容，进行数 据信息重传。

注：超时重传是发送方自行判断的结果；而快速重传是发送方根据接收反的反馈信息来判断的结 果。--- 这两种重传机制，共同使用。

流控机制

TCP的流量控制，是属于TCP的传输效率问题；

滑动窗口

思路：趁着对方在忙其他任务时，自己多发一些报文信息。

专门引入 --- 窗口值变量

窗口值 --- 大小可变的数值；含义是：无需等待确认应答，而可以连续发送的数据最大量。

窗口的体现，实际上就是缓存区的大小。

接收缓存，是由设备的操作系统和当前运行环境决定。

发送缓存，最初是由对端发送来的数据报文中的Windows数值决定。

为什么窗口值可以控制流量传输速率 --- 因为窗口值可变，并非是固定的参数。TCP要求发送方根据 对方的接收窗口来控制数据的发送量。

发送窗口 = 本地发送缓存 = 对端接收缓存。

窗口关闭

因为窗口值是一个动态变化的数据，即接收端根据自己接收缓存空间的剩余量来确定的数值，该数 值是存在归0的可能性。即代表接收方没有能力存储更多的未处理数据。

所以，当剩余接收缓存空间=0时，则会向对方发送一个windows = 0的报文，告知对方，不要在发 送数据了，本地无法处理。

当接收方发送一个win = 0的报文，此时，发送方会停止数据发送；等待接收方处理完之前的数据，接收方会发送一个win非0的ACK报文，用来通知发送方继续发送数据。--- 如果该非0报文丢失，则双方 进入死锁状态。

原因：

对于发送方而言，需要等待对方发送一个win非0的报文，才可以发送自己的信息

对于接收方而言，已经通知对方继续发送，本地只需等待即可

解决方案：让发送方定时发送一个只包含一个字节的探测报文。

在Option字段中，存在一个窗口扩大因子选项；取值是0-14；将TCP的窗口值左移的位数。 --- 该参 数，只能出现在SYN报文中。

TCP的拥塞控制

流量控制是为了让接收方能够来得及接收，而拥塞控制是为了降低整个网络的拥塞程度。
拥塞 ---> 网络中对资源需求超过了资源可用量的情况。
流控机制主要是为了防止发送方发送过大的流量，导致接收方的接收缓存溢出的问题；拥塞，主要是收到网络环境影响，降低本地的数据吞吐量的现象。
TCP是如何判断此时网络中发生拥塞
TCP将连接中出现丢包行为，视为拥塞的表现。
数据包确认超时
收到对方发送的三次冗余ACK
TCP是如何控制数据的发送量
拥塞窗口--- 可以对发送的字节数大小进行限制。
发送方发送的数据量(发送窗口 --- 发送缓存) = 接收窗口(Windows)和拥塞窗口的最小值。
拥塞窗口大小 --- TCP采用自计时行为，通过确认报文来增大拥塞窗口。
拥塞控制算法--- 慢启动，拥塞避免，快速恢复。
慢启动 --- 拥塞窗口最初会被设定为一个MSS数值大小，即一次发送一个数据报文段。

每收到一个新的ACK报文(不包括重传)，就会增大一个MSS的大小。
为了防止拥塞窗口增长过大，造成网络拥塞，我们不能一直使用慢启动算法，故设定了一个慢启动门限；当超出这个门限时，不再使用慢启动算法。
拥塞窗口<门限值 --- 使用慢启动算法
拥塞窗口>门限值 --- 使用拥塞避免算法

拥塞避免算法--- 在一个RTT时间内，传输的所有数据报文没有丢失的情况下，拥塞窗口增大一个MSS数值，将原本在慢启动的指数增长，变为线性增长，减缓增长速率。
快速恢复

当发生超时重传时，则代表当前网络拥塞严重，此时拥塞窗口更新为一个MSS，慢 启动门限设定为拥塞时窗口大小的一半，启动慢启动算法增加。

当发生快速重传时，则代表当前网络拥塞一般，此时慢启动门限设定为拥塞时窗口 大小的一半，而拥塞窗口设定为新的慢启动门限数值，采用拥塞避免算法。