TCP 札记

TCP 处于七层网络模型（应表会传网数物）中的传输层。

特点⌗

面向连接⌗

和 UDP 不一样，TCP 传输数据前需要先建立 TCP 连接（此处引出三次握手、四次挥手）。而 UDP 传输数据前不需要建立连接，也不保证可靠传输。

可靠传输⌗

TCP 保证传输的数据：无差错、不丢失、不重复、 按序到达 。

全双工⌗

通信双方任何时候都能相互通信。并且都有发送缓存、接受缓存。

面向字节流⌗

虽然应用层和 TCP 的交互是一次一个数据块（大小不等），但是 TCP 把这些数据看成仅仅是一连串的无结构字节流。TCP 并不知道所传送的字节流的含义。传输过程如下：

tcp 面向流的概念

这里看到，应用层发送其实不是同步发送的，而只是把数据拷到 TCP 发送缓存里，而下一步如何发送，如何把数据切成报文段，都与应用层无关了。

基于这个字节流传输概念，对于偶尔能听到的 “黏包” 概念也能较为直接的解释。因为 TCP 并没有包的概念，因此自然也就不存在 “黏包” 为什么 TCP 协议有粘包问题。“黏包” 误解的原因是：“应用层协议没有使用基于长度或者基于终结符的消息边界，导致多个消息的粘连”

报文段、字节流⌗

TCP 存在一个 “报文段” 的概念，这个指的是：在 TCP 接收到应用层写入的数据之后，会暂存到发送缓存。而 TCP 在发送数据之前，会从发送缓存中取出一部分数据，并且加上 TCP 层的特定头部数据，再往下传输给 IP 层，加上了 TCP 头部的这部分数据，叫做 TCP 的 “报文段”，这个报文段的最大长度叫做 MSS（最大报文段长度）。而在传输时，报文段会被以字节流的形式进行传输，接收方收到字节流之后，再解析字节流还原成报文段，交付使用。

可靠传输（滑动窗口）⌗

TCP 使用 滑动窗口 来实现可靠传输。TCP 的滑动窗口是以字节为单位的，并对窗口内的字节进行编号，如果窗口内某个低序号的字节未收到确认消息，那么滑动窗口将不会往后移，而会在确认超时之后，重新传送，即 超时重传。这时候，就有可能出现，一条 TCP 链接，某个时刻发生了超时重传，其他数据必须等这个重传恢复之后，才能继续发送。而 HTTP/3 使用的 QUIC 协议使用了多路流复用，同一个传输通道可以同时传输多路流，而不同流也使用不同的流量控制、滑动窗口等，这样即使某一路的流阻塞了，也不会影响其他路的流。

流量控制⌗

流量控制（flow control） 的作用是让发送方的发送速率不要太快，要让接收方来得及接受。

当 TCP 端点 A 向 TCP 端点 B 发送数据时，整个过程会出现两个滑动窗口，A 的发送窗口和 B 的接收窗口。当 B 感受到压力过大，或者其他原因需要进行流控时，会给发送方发送消息，告知发送方 接收窗口(rwnd) 的大小，发送方根据这个数值，调整发送窗口的大小。利用滑动窗口机制可以方便的在 TCP 连接上实现对发送方的流量控制。

拥塞控制⌗

当网络阻塞，例如：链路传输速率只有 10Gb/s ，但是有 100 台计算机，同时以 1Gb/s 的速率传输，这时候就会发生拥塞，导致网络性能变坏，因此需要拥塞控制，防止过多的数据注入到网络中，避免网络中的路由器或者链路过载。拥塞控制有四种算法：慢开始（slow-start）、拥塞避免（congestion avoidance）、快重传（fast retransmit）、快恢复（fast recovery）。这里网络出现拥塞表现一般为：数据丢失，时延增加，吞吐量下降

慢开始（指数增大）⌗

发送方维护一个拥塞窗口，让发送窗口等于拥塞窗口。最开始把拥塞窗口设为 MSS 大小，每收到一个 ACK，就增加一个 MSS（这里可以看出来，没经过一个传输轮次，拥塞窗口就会加倍）。当拥塞窗口增加到 慢开始门限 之后，改用 拥塞避免算法

拥塞避免（加法增大）⌗

不再每收到一个 ACK 就增加一个 MSS，而是每经过一个 RTT（把发送窗口都发送出去并收到 ACK），增加一个 MSS。当发送方判断网络出现拥塞时，把慢开始门限减为发送窗口的一半，并把拥塞窗口设为 1，重新开始慢开始流程

快重传⌗

首先要求接收方每接收到一个报文段，就发出重复确认，让发送方能尽快重传。接收方收到 3 个重复确认就应该开始重传对方未收到的报文段，而不是等待计时器过期。

快恢复⌗

当发送方收到 3 个重复确认之后，把拥塞控制设置为慢开始门限的一半，然后开始执行拥塞控制算法（加法增大）

结合拥塞控制和流量控制，发送方的发送窗口值为 min(拥塞窗口, 接收窗口)

参考⌗

计算机网络（第六版谢希仁著）