网络基础（2）：TCP

一、TCP报文
特点：
**面向连接：**在通讯前先建立一条连接
**基于字节流、可靠传输：**发送到字节流之间存在关联，接收端收到乱序可以恢复顺序，接收端每接受一条数据，会返回一个确认，
**缓冲传输、流量控制：**接收端接受的数据先存在缓冲区，并告诉发送端缓冲区还有多大空间
**全双工：**每个端口既可以发送数据也可以接收数据

TCP报文：

序号：表示这个报文段中第一个数据字节序号
确认号：用来给对方确认的，对于自己来说是期望下一次接收到的数据，接收到的序列号+数据大小+1
头部长度：4位，最多60字节
保留号：6位，必须为0
标志位：URG（紧急指针有效）、ACK（确认序号有效，发送ACK有延时，等待是否有数据 一起发送，如果有会将ACK和数据一起发送）、PSH（接收端应尽快将报文交给应用层，这里包括已经这个报文之前的所有报文）、RST（连接重置）、SYN（发起连接）、FIN（终止）
窗口大小：用来控制流量
校验和：对头部和数据进行校验
选项数据：MSS，在建立连接的时候确认；窗口扩大因子；时间戳

二、建立断开连接
三次握手：

问题：为什么三次握手？
假设只需要两次握手的话，假设有个请求建立连接的SYN报文，延时后被服务端接收，服务端就会发送ACK报文，这样两次握手就能建立连接。而服务端和客户端之间没有消息交换，这样就会造成资源浪费。

四次挥手：

问题：为什么存在time_wait？（MSL为报文最大生存时间）
time_wait是主动关闭方最后一次发送给被动关闭方确认信息后所处的状态，**一是为了最后的确认消息能够到达服务器，因为最后一次ACK报文段可能丢失，需要重传。二是为了让所有旧报文都消失，对之后的连接不会产生影响。**此时主动关闭方的port不能使用，若服务器为主动关闭方，则需要等待2MSL，该port才能继续使用。

在2MSL时间内，系统重启，重新建立连接，则旧报文和新报文会产生歧义，因此TCP重启后要等待MSL才能建立连接，这个时间叫做平静时间。

RST的使用：
发送一个报文出现问题，就会发送一个复位报文。
例如：正常建立后，服务器重启，客户端继续发送消息，服务器就会返回RST包，客户端会释放所有的资源（UDP发送ICMP不可达报文）

三、成块数据流：
滑动窗口：

左边沿右移，窗口合拢（数据被确认接收和发送的时候出现），右边沿右移，窗口张开（接收方进程读取了缓冲区的数据并释放了缓存）

**窗口更新：**接收方发送ACK以及窗口大小=0，发送方不再发送数据。一段时间后(在窗口增加了2MSS或者增加了窗口大小的一半)接收方会发送ACK（窗口更新）告知窗口大小

慢启动算法：
慢启动的目的是:防止一开始速率过快，导致耗尽中间路由器存储空间，从而严重降低TCP连接的吞吐量，理想状态达到发送速率和接收ACK速率相等
拥塞窗口：TCP为发送方增加一个窗口（拥塞窗口），初始化为MSS，每收到一个ACK，就增加一个MSS，发送方取拥塞窗口和通告窗口的最小值作为发送大小。

四、超时和重传：
重传定时器：TCP会根据RTT发送数据，接收该数据的ACK之间的时间来设定超时时间RTO

计时器一次只能记录一个报文的时间，也就是发送多个报文，只会计时第一个报文
当接收到的

当客户端向服务端发送了5个包，其中第2个包超时：
服务端：正常接收第一个包，返回ACK=2，第二个包超时，第345都正常接收存在缓存区，每次返回的ACK=2，客户端重传之后，返回ACK=6的包
客户端：连续接收3次ACK相同的包后，就会重传那个包，即重传2

出现拥塞的两种情况：超时（慢启动算法）和接收到重复的确认（拥塞避免算法）拥塞避免的目的是:当拥塞发生时，降低网络的传输速率
拥塞窗口(cwnd)、慢启动门限(ssthresh)
初始化cwnd=1个报文段，ssthresh=65535字节

超时：
1）拥塞发生时候，ssthresh设为拥塞窗口和通告窗口最小值的一半，cwnd=1;
2）**(cwnd<ssthresh,为慢启动，否则为拥塞避免)：**如果是慢启动，每收到一个ACK，增加1个MSS，慢启动最后会变成拥塞避免；如果是拥塞避免，每次收到一个ACK，增加1/cwnd个

连续相同的ACK：(重发之后仅当cwnd>已经接收未被确认的数据的大小才能发送新数据)
1）拥塞发生时候，ssthresh设为拥塞窗口的一半，立即重发报文，（快速重发算法）
（快速恢复算法）
2）设置cwnd为ssthresh+3*MSS，每次收到一个重复的ACK，cwnd+MSS
3）当确认新数据的ACK（确认了丢失的包以及之前已经被接收的包）到达时，设置cwnd=ssthresh+MSS，然后进入避免拥塞算法.

五、ICMP差错：
**源站抑制：**接收数据报的速度比其处理速度快
采用慢启动算法，cwnd=1，但是ssthresh不变

不可达差错：不处理

六、定时器：
坚持定时器：当接收方的滑动窗口满了之后，会告知发送方停止发送，若此时应用获取了接收方的数据并释放缓存，接收方会发送ACK告知窗口大小，若该报文丢失，发送方会等待接收方发送窗口大小，接收方会等待发送方发送数据，造成死锁。

发送方：为了避免这种情况，发送方使用一个坚持定时器（使用指数退避），周期性地探查接收方的窗口大小，这些报文叫做窗口探查。当接收方告知窗口大小为0，发送方的坚持定时器启动，超时会发送窗口探查报文，数据段1个字节。会一直探查直到窗口打开或者连接断开

接收方：将1个字节存储在缓冲区，并发送ACK，并不确认该字节，而是确认之前收到的字节。

这样会出现模糊窗口综合征，即服务端应用接收了一点数据，服务端就会通知客户端窗口打开。
接收端 1）不通告小窗口，即窗口大小小于一个MSS 2）窗口增加了一半大小
发送端只发送1）满长度的报文 2）长度为通告窗口一半的报文

保活定时器：
客户端和服务器之间可以不发送消息，其中一方想要直到另一方是否崩溃或者关机，保活计时器超时就会发送探查报文，跟窗口探查报文类似，也占一个字节，

客户端状态：
1）正常运行，服务端发送保活探查报文，响应正常。每次通信后保活计时器就会开始计时
2）崩溃，多次保活报文没有响应，服务端就会断开连接
3）崩溃并且重启，会返回一个RST报文，服务端释放连接
4）正常运行服务器不可达，同2

最后

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