TCP(传输控制协议)

可靠、有连接、首部消耗大、全双工通信、面向字节流
TCP提供可靠的有连接服务
因为有连接，所以TCP仅支持一对一通信
传送单元称为报文段

TCP格式

源/目的端口号：各占2B
序列号：4B，本次报文段的开始字节序号
确认号：4B，已经接收到前面的所有字节，期待收到的下一个报文段的起始字节序号
数据偏移：1B，以4B为单位，标识整个报文段中，数据部分的起始位置
保留位：6bit
控制-URG：1bit，表示该报文段需要尽快处理，与紧急指针配合使用
控制-ACK：1bit，确认号有效标识，仅在请求建立连接报文为0，其余所有报文均为1
控制-PSH：1bit，Push标志为1时，接收方尽快交付应用层，无需等待接收缓存填满
控制-RST：1bit，Reset标志为1时，标识TCP连接出错，需先释放在重新连接
控制-SYN：1bit，SYN=1，ACK=0时，为请求建立连接报文，SYN=1，ACK=1时，为连接接受报文
控制-FIN：1bit，当某一当要释放连接时，发送FIN=1报文，标识本方数据已发送完，请求释放连接
窗口大小：2B，用于拥塞控制，指出现在还允许发送多少数据(动态改变)
校验和：2B，数据报校验和计算
紧急指针：2B，在本报文段中多少字节数据是紧急的，从数据的第一个字节开始算
选项+填充：选项最初只规定了一种MSS，最大报文段长度，总长度可变，不超过40B，必须为4B的整数倍

TCP连接

连接建立

1. 服务端持续监听端口
2. 客户端发送请求建立连接报文，其中SYN=1,ACK(标志)=0,seq=x，此时可以不可携带数据
3. 服务端返回连接接受报文，并分配本次连接所需的缓存、变量等资源，其中SYN=1,ACK(标志，此后均为1)=1,ack(序号)=x+1,seq=y，仍然不可携带数据
4. 客户端返回确认的确认，并分配本次连接所需的缓存、变量等资源，此时SYN=0,ack=y+1,seq=x+1，正式建立连接，可以携带数据
5. 传送数据

连接释放

1. 客户端和服务端均可主动断开连接，设客户端发起关闭请求，FIN=1,seq=u,ack=v，说明自己不再会发送更多数据。
2. 服务端(等待关闭状态)仍然可以正常发送数据，当发送最后一个报文段时，服务端将FIN置为1,seq=w,ack=u+1
3. 客户端返回对该报文段的确ack=w+1,seq=u+1，当服务端收到时服务端关闭，此时客户端TCP连接可能还未释放，等待2MSL(最长报文寿命)后再关闭(尽量确保这次握手被收到)

TCP可靠传输

可靠目标
数据正确到达
实现方式
确认、重传、序号
序号
对于报文段中的每一个字节，都对应TCP的一个序号，起始序号一般随机取 :::info 客户端起始序号在发送请求连接报文处取，请求连接报文虽然不携带数据，但是会消耗一个序号
服务端起始序号在返回连接接受报文处取，不携带数据，但是消耗一个序号 :::
在一次TCP连接中，多个报文段序号共用
确认
对于发送方发送的数据，当接收方在确认时，会携带ack确认号，表明确认号之前的所有字节均已接收到。
重传
超时：当发送的报文段超过设置的时间(略大于加权平均RTT时间)没有收到确认，就会进行重传
冗余ACK：接收方多次对同一个报文段进行确认时，对报文段进行重传
例如当发送方发送1，2，3，4，5号报文段之后，2号报文段丢失了，此时接收方接收到1，3，4，5，则只能对报文段1进行确认，表明期望接收报文段2，当收到3，4，5，这些失序报文段时，就一个冗余ACK，再次表明期望接收报文段2，当发送方三次收到对1号报文段的确认，期望接收2号报文段时，就认为2号报文段丢失，进行重传

TCP流量控制/拥塞控制

流量控制与拥塞控制的区别
流量控制目的在于匹配两主机之间的数据传输速率
拥塞控制目的在于使得整体网络负载量不超负荷
流量控制
基于滑动窗口机制进行流量控制。
TCP报文段中包含接收窗口，表明自身还可接收多少字节数据，如rwnd=400，表明还可接收多少数据。
同时发送方对当前网络拥塞状况进行估计，确定一个拥塞窗口cwnd。
发送窗口根据rwnd(接收窗口)与cwnd(拥塞窗口)动态取min值
拥塞控制
慢开始算法
初始时，取cwnd=1，即一个MSS
每收到一个对新报文的确认(经过一个RTT)，cwnd2，试探性的注入流量
其增长是指数趋势的，当cwnd增大到一定的ssthresh阈值的时候，改用拥塞避免算法
拥塞避免算法
每收到一个对新报文的确认，cwnd+1，逐步增加网络流量
*乘法减小
在执行这些算法的时候，就有可能出现拥塞，当发送方判断网络出现拥塞（未按时收到确认），将ssthresh的值更改为拥塞窗口的一半(乘法减小)。并重新从cwnd=1(慢开始)执行拥塞控制

快重传和快恢复
快重传，利用重传机制中的冗余ACK，当发送方连续收到三个重复ACK时就直接重传而不等待重传计时器。
快恢复，当收到三个冗余ACK之后，执行乘法减小，将ssthresh改为cwnd/2，但是不从cwnd=1执行慢开始，而将cwnd=cwnd/2处开始，执行拥塞避免算法。