TCP傳輸控制協(xié)議知識科普拓展

— TCP傳輸控制協(xié)議 —

傳輸控制協(xié)議（TCP，Transmission Control Protocol）是一種面向連接的、可靠的、基于字節(jié)流的傳輸層通信協(xié)議，由IETF的RFC 793定義。

TCP旨在適應(yīng)支持多網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的分層協(xié)議層次結(jié)構(gòu)。 連接到不同但互連的計算機通信網(wǎng)絡(luò)的主計算機中的成對進程之間依靠TCP提供可靠的通信服務(wù)。

TCP假設(shè)它可以從較低級別的協(xié)議獲得簡單的，可能不可靠的數(shù)據(jù)報服務(wù)。 原則上，TCP應(yīng)該能夠在從硬線連接到分組交換或電路交換網(wǎng)絡(luò)的各種通信系統(tǒng)之上操作。

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** TCP協(xié)議首部 **

TCP協(xié)議，表現(xiàn)在報文上，就是會在應(yīng)用層傳輸下來的數(shù)據(jù)前附加上一個TCP首部，這個首部附加了TCP信息。

首部結(jié)構(gòu)

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** TCP面向字節(jié)流特性**

TCP并不是把應(yīng)用層傳輸過來的數(shù)據(jù)直接加上首部然后發(fā)送給目標(biāo)，而是把數(shù)據(jù)看成一個字節(jié)流，給他們標(biāo)上序號之后分部分發(fā)送。這就是TCP的面向字節(jié)流特性：

TCP會以流的形式從應(yīng)用層讀取數(shù)據(jù)并存放在自己的發(fā)送緩存區(qū)中，同時為這些字節(jié)標(biāo)上序號，TCP會從發(fā)送方緩沖區(qū)選擇適量的字節(jié)組成TCP報文，通過網(wǎng)絡(luò)層發(fā)送給目標(biāo)，目標(biāo)會讀取字節(jié)并存放在自己的接收方緩沖區(qū)中，并在合適的時候交付給應(yīng)用層。

面向字節(jié)流的好處是無需一次存儲過大的數(shù)據(jù)占用太多內(nèi)存，壞處是無法知道這些字節(jié)代表的意義，例如應(yīng)用層發(fā)送一個音頻文件和一個文本文件，對于TCP來說就是一串字節(jié)流，沒有意義可言，這會導(dǎo)致粘包以及拆包問題。

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** 可靠傳輸原理**

TCP是可靠傳輸協(xié)議，也就是，一個數(shù)據(jù)交給他，他肯定可以完整無誤地發(fā)送到目標(biāo)地址，除非網(wǎng)絡(luò)炸了。他實現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)模型如下：

對于應(yīng)用層來說，他就是一個可靠傳輸?shù)牡讓又С址?wù)；而運輸層底層采用了網(wǎng)絡(luò)層的不可靠傳輸。雖然在網(wǎng)絡(luò)層甚至數(shù)據(jù)鏈路層就可以使用協(xié)議來保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，但這樣網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計會更加復(fù)雜、效率會隨之降低。把數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃员ＷC放在運輸層，會更加合適。

可靠傳輸原理的重點總結(jié)一下：滑動窗口、超時重傳、累積確認(rèn)、選擇確認(rèn)、連續(xù)ARQ 。

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停止等待協(xié)議

要實現(xiàn)可靠傳輸，最簡便的方法就是：我發(fā)送一個數(shù)據(jù)包給你，然后你跟我回復(fù)收到，我繼續(xù)發(fā)送下一個數(shù)據(jù)包。

這種“一來一去”的方法來保證傳輸可靠就是停止等待協(xié)議（stop-and-wait）。

再來考慮一種情況：丟包。網(wǎng)絡(luò)環(huán)境不可靠，導(dǎo)致每一次發(fā)送的數(shù)據(jù)包可能會丟失，如果機器A發(fā)送了數(shù)據(jù)包丟失了，那么機器B永遠接收不到數(shù)據(jù)，機器A永遠在等待。解決這個問題的方法是：超時重傳 。

當(dāng)機器A發(fā)出一個數(shù)據(jù)包時便開始計時，時間到還沒收到確認(rèn)回復(fù)，就可以認(rèn)為是發(fā)生了丟包，便再次發(fā)送，也就是重傳。

但重傳會導(dǎo)致另一種問題：如果原先的數(shù)據(jù)包并沒有丟失，只是在網(wǎng)絡(luò)中待的時間比較久，這個時候機器B會受到兩個數(shù)據(jù)包，那么機器B是如何辨別這兩個數(shù)據(jù)包是屬于同一份數(shù)據(jù)還是不同的數(shù)據(jù)？這就需要前面講過的方法：給數(shù)據(jù)字節(jié)進行編號。這樣接收方就可以根據(jù)數(shù)據(jù)的字節(jié)編號，得出這些數(shù)據(jù)是接下來的數(shù)據(jù)，還是重傳的數(shù)據(jù)。

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** 連續(xù)ARQ協(xié)議**

停止等待協(xié)議已經(jīng)可以滿足可靠傳輸了，但有一個致命缺點：效率太低。發(fā)送方發(fā)送一個數(shù)據(jù)包之后便進入等待，這個期間并沒有干任何事，浪費了資源。解決的方法是：連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)包。

和停止等待最大的不同就是，他會源源不斷地發(fā)送，接收方源源不斷收到數(shù)據(jù)之后，逐一進行確認(rèn)回復(fù)。這樣便極大地提高了效率。但同樣，帶來了一些額外的問題:

發(fā)送是否可以無限發(fā)送直到把緩沖區(qū)所有數(shù)據(jù)發(fā)送完？不可以。因為需要考慮接收方緩沖區(qū)以及讀取數(shù)據(jù)的能力。如果發(fā)送太快導(dǎo)致接收方無法接受，那么只是會頻繁進行重傳，浪費了網(wǎng)絡(luò)資源。所以發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)的范圍，需要考慮到接收方緩沖區(qū)的情況。這就是TCP的流量控制 。解決方法是：滑動窗口 。