TCP

TCP首部

TPC首部最小为20Byte，这20Byte分为5行，每行4个Byte，也就是32个bit（一个int）

源端口和目的端口

• 源端口号：16位的源端口中包含初始化通信的端口
• 目的端口号：16位的目的短裤定义传输的目的，这个端口指明报文接收计算机上的应用程序地址接口

计算机通过端口号识别访问哪个服务，发送方端口号是随机端口，目标端口号决定了接收方哪个程序来接收

序列号 Sequence Number

TCP用序列号对数据包进行标记，以便在到达目的地后重新重装，假设当前的序列号为，发送数据长度为，则下次发送数据时的序列号为。在建立连接时通常由计算机生成一个随机数作为序列号的初始值

确认号 Acknowledgment Number

占4个Byte，表示期望收到对方下一个报文段的序号值。TCP的可靠性，是建立在每一个数据报文都需要被确认收到的基础之上的

数据偏移 Offset

占4bit，指出了TCP首部的长度，它指出TCP报文段的数据起始处距离TCP报文的起始处有多远，一个数据偏移量为4Byte，由于Offset最大为15，所以TCP首部的最大长度为60Byte

保留 Reserved

6bit不知道干什么用的

标志位 TCP Flags

一共有6个，分别占1bit，每一位只能取0或1

• ACK：确认序号有效
  • 当ACK=1时，确认号有效。一般把携带ACK标志的TCP报文段称为确认报文段
  • 当ACK=0时，确认号无效
• RST：重置连接
  • 当RST=1时，表示TCP连接出现严重错误，需要释放并重新建立连接。一般称携带RST标志的TCP报文段为复位报文段
• SYN：发起一个新连接
  • 当SYN=1时，表示这是一个请求连接报文段。一般称携带SYN标志的报文段为同步报文段
  • 如果对方同意建立连接，则应在响应的报文段中使SYN=1和ACK=1
• FIN：释放一个连接
  • 当FIN=1时，表示此报文段发送方的数据已经发送完毕，并要求释放TCP连接，一般称携带FIN的报文段为结束报文段
  • 在TCP四次挥手释放连接的时候，就会用到该标志

窗口大小 Window Size

指出现在允许对方发送的数据量，它告诉对方本端的TCP接受缓冲区还能容纳多少字节的数据，这样对方就可以控制发送数据的速度

校验和 TCP Checksum

占2个Byte，由发送端填充，接收端对TCP报文执行CRC算法，以检验TCP报文段在传输过程中是否损坏，如果损坏则丢弃

检验范围包括首部和数据两部分，这也是TCP可靠传输的一个重要保障

紧急指针 Urgent Pointer

占2个Byte，仅在URG=1时才有意义，它指出本报文段中的紧急数据的字节数，当URG=1时，发送方TCP就把紧急数据插入到报文段数据的最前面，而在紧急数据之后的数据仍然是普通数据

连接建立与释放

三次握手

TCP连接必须经过三次“对话”才能建立起来

对于客户端来说，发出①，收到②，确认了服务端可以正常收发信息

对于服务端来说

• 收到①，确认了客户端可以正常发消息

• 发出②，收到③，确认了客户端可以正常收发消息

四次挥手

挥手请求可以是客户端，也可以是服务端发起的，上图假设是客户端发起的

由于TCP协议是全双工模式，这就意味着，在关闭连接时，当某一端觉得自己的数据都发完了，发出FIN报文后，不代表另一端的数据都发送完毕了。当端收到FIN报文并返回ACK报文时，表示端知道端没有数据要发了，但是端还有往端发送数据的能力，所以端很有可能不会立即关闭SOCKET，直到端的数据也发送完毕为止

为什么要等待2MSL

MSL：报文段最大生存时间，它是任何报文段被丢弃前在网络内的最长时间

• 保证TCP协议的全双工连接能够可靠关闭（）：如果端没有收到端的ACK报文，那么端就会在超时之后重新发送FIN，如果此时端已经关闭了，那么重发的FIN就找不到对应连接，从而导致连接错乱，所以端发送完最后的ACK后不能立即进入CLOSED状态，而要保持TIME_WAIT一段时间，增加容错
• 保证这次连接的重复数据段从网络中消失（）：如果端发送最后的ACK后直接进入CLOSED状态，然后又向端发起一个新连接，这时不能保证新连接与刚关闭的连接的端口号是不同的，这些延迟数据在建立新连接之后到达端，由于新老连接的端口号和IP都一样，TCP协议就认为延迟数据是属于新连接的，就有可能导致混乱

流量控制

在网络通信中，我们都会希望数据的传输效率更高一些，让通信更加流畅。但是，如果发送方的发送速率太快，可能会导致接收方来不及接收和处理数据，造成网络资源浪费

流量控制就是一种接收方，针对发送方发来的数据太多，采取的一种控制机制。以下只考虑这样的一条单向通信

在和建立TCP连接时，会将自己的接受窗口大小（RWND）告知，会把自己的发送窗口大小也设置为RWND。在和交流的过程中，会不时传递给一个二元组：，表示现在给发送范围的数据就足够了，由端进程的收取数据速度影响

在极端情况下，会变成，停止发送任何数据给。如果过了一段时间，端又重新大于了，那么将发送报文段通知，如果又不巧在网络中丢失了，将导致：

• 端在等待端重设其大于
• 端在等待端传送这部分数据

为了防止这种意外发生，我们设置端受到端的时会自动启动一个持续计时器，当超时时，如果还没有接收到来自端的更新报文段，则会发送一个零窗口探测报文段（携带1Byte数据），当端收到这个TCP报文段后，会给端回复一个的更新，如果，那么端就可以继续发送数据；如果，则重新启动一个，重复上述步骤

拥塞控制

在某段时间，若对网络中某一资源的需求超过了该资源所能提供的可用部分，网络性能就会变坏，这种情况就叫做网络拥塞

若出现拥塞而不进行控制，整个网络的吞吐量将随输入负荷的增大而下降

在讨论拥塞控制时，我们做出如下假设：

• 数据是单方向传送，而另一个方向只传送确认
• 接收方端总是有足够大的缓存空间，因而发送方端发送窗口的大小由网络的拥塞程度来决定
• 以TCP报文段的个数为讨论的单位，而非以字节为单位

在这里我们引入拥塞窗口（CWND），它是端的一个内部参数，端的最大发送范围是由RWND和CWND中较小的那一个确定的，即，大体策略是如果没有出现拥塞，扩大；否则缩小

慢启动：

拥塞避免：当窗口扩大到一定程度后（达到慢启动门限，ssthresh，slow start threshold），转变为线性扩大窗口，

有时，个别报文段会在网络中丢失，但实际上网络并未发生拥塞，然而我们仍然会直接把CWND重设为1，降低了传输效率

快速重传：端发送号报文给端后，端接收到号报文，返回对号报文的确定，在端接收到之前，就可以把发出去了

快速恢复：假设端收到了个，说明在网络中丢失了，并且往后有至少个报文端是收到了的，说明丢包不是因为网络发生拥塞，

• 端将ssthresh值和CWND设置为当前的一半，并开始执行拥塞避免算法
• 也有的实现是让CWND=ssthresh+3