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1. TCP协议简介

        TCP是Transmission Control Protocol的简称,中文名是传输控制协议。它是一种面向连接的、可靠的、基于IP的传输层协议。两个TCP应用之间在传输数据的之前必须建立一个TCP连接,TCP采用数据流的形式在网络中传输数据。TCP为了保证报文传输的可靠性,会对每一个包进行编号,同时序号也能保证接收端在接收数据的时候可以按序接收。接收端在接到数据后会返回一个相应的应答信号,如果发送端在合理的往返延时内未接收到应答信号,那么对应的数据将会重传。在数据确认无误后才会将数据传递给应用层。

2. TCP的特性

2.1 连接机制

        TCP是一个面向连接的协议,无论哪一方向另一方发送数据之前,都必须先在双方之间建立一个连接,否则将无法发送数据,一个TCP连接必须有双方IP地址与端口号。

2.2 确认与重传

        一个完整的TCP传输必须有数据的交互,接收方在接收到数据之后必须正面进行确认,向发送方报告接收的结果,而发送方在发送数据之后必须等待接收方的确认,同时发送时候会启动一个定时器,在指定超时时间内没收到确认,发送方就会认为发送失败,然后进行重发操作,这就是重传报文。

        TCP提供可靠的传输层,但它依赖的是IP层的服务,IP数据报的传输是无连接、不可靠的,因此它要通过确认来知道接收方确实已经收到数据了。但数据和确认都有可能会丢失,因此TCP通过在发送时设置一个超时机制(定时器)来解决这种问题,如果当超时时间到达的时候还没有收到对方的确认,它就重传该数据。

2.3 缓冲机制

        在发送方想要发送数据的时候,由于应用程序的数据大小、类型都是不可预估的,而TCP协议提供了缓冲机制来处理这些数据,如在数据量很小的时候,TCP会将数据存储在一个缓冲空间中,等到数据量足够大的时候在进行发送数据,这样子能提高传输的效率并且减少网络中的通信量,而且在数据发送出去的时候并不会立即删除数据,还是让数据保存在缓冲区中,因为发送出去的数据不一定能被接收方正确接收,它需要等待到接收方的确认再将数据删除。同样的,在接收方也需要有同样的缓冲机制,因为在网络中传输的数据报到达的时间是不一样的,而且TCP协议还需要把这些数据报组装成完整的数据,然后再递交到应用层中。

2.4 全双工通讯

        在TCP连接建立后,那么两个主机就是对等的,任何一个主机都可以向另一个主机发送数据,数据是双向流通的,所以TCP协议是一个全双工的协议,这种机制为TCP协议传输数据带来很大的方便,一般来说,TCP协议的确认是通过捎带的方式来实现,即接收方把确认信息放到反向传来的是数据报文中,不必单独为确认信息申请一个报文,捎带机制减少了网络中的通信流量。由于双方主机是对等的存在,那么容易一方都可以断开连接,此时这个方向上的数据流就断开了,但是另一个 方向上的数据仍是连通的状态,这种情况就称之为半双工。

2.5 流量控制

        TCP提供了流量控制服务(flow-control service)以消除发送方使接收方缓冲区溢出的可能性。流量控制是一个速度匹配服务,即发送方的发送速率与接收方应用程序的读取速率相匹配,TCP通过让发送方维护一个称为接收窗口(receive window)的变量来提供流量控制,是的,你没看错,是接收窗口(rwnd),它用于给发送方一个指示:接收方还能接收多少数据,接收方会将此窗口值放在TCP报文的首部中的窗口字段,然后传递给发送方,这个窗口的大小是在发送数据的时候动态调整的。当接收方主机的接收窗口为0时,发送方继续发送只有一个字节的报文段,这些报文段将被接收方接收,直到缓存清空,并在确认报文中包含一个非0的接收窗口值。

2.6 差错控制

        除了确认与重传之外,TCP协议也会采用校验和的方式来检验数据的有效性,主机在接收数据的时候,会将重复的报文丢弃,将乱序的报文重组,发现某段报文丢失了会请求发送方进行重发,因此在TCP往上层协议递交的数据是顺序的、无差错的完整数据。

2.7 拥塞控制

        当数据从一个大的管道(如一个快速局域网)向一个较小的管道(如一个较慢的广域网)发送时便会发生拥塞。当多个输入流到达一个路由器,而路由器的输出流小于这些输入流的总和时也会发生拥塞,这种是网络状况的原因。如果一个主机还是以很大的流量给另一个主机发送数据,但是其中间的路由器通道很小,无法承受这样大的数据流量的时候,就会导致拥塞的发生,这样子就导致了接收方无法在超时时间内完成接收(接收方此时完全有能力处理大量数据),而发送方又进行重传,这样子就导致了链路上的更加拥塞,延迟发送方必须实现一直自适应的机制,在网络中拥塞的情况下调整自身的发送速度,这种形式对发送方的控制被称为拥塞控制(congestion control)。

3. 常见端口号

        常见的TCP协议端口号有21、53、80等等,更多端口描述具体见下图,其中80端口号是我们日常生活中最常见的一个端口号,它也是HTTP服务器默认开放的端口。


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