深入解析 TCP:可靠传输的基石

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目次
TCP到底是什么?
TCP 的核心特点
TCP 三次握手:毗连建立过程
更通俗易懂的可以明白为:
 为什么要三次握手?
TCP 四次挥手:毗连开释过程
更通俗易懂的明白为:
为什么需要 TIME_WAIT?
TCP 可靠性机制
TCP 拥塞控制
TCP vs UDP 对比


你有没有想过,当你刷微博、看视频、玩游戏时,数据是怎样稳定地从服务器传输到你的设备上的?这背后有个关键脚色——TCP(Transmission Control Protocol,传输控制协议)
TCP到底是什么?

在网络通信中,TCP(Transmission Control Protocol,传输控制协议)是一种面向毗连、可靠传输的协议,就像是一名“可靠的快递员”,确保数据包可以大概完整、按顺序地送达目的地,不丢失、不重复。广泛应用于Web、文件传输等场景。本文将深入探讨TCP的关键机制。
TCP 的核心特点

面向毗连:通信前必须先建立毗连(三次握手),通信结束时需开释毗连(四次挥手)。
可靠传输:TCP 通过序列号、确认机制包管数据完整性,并通过重传机制防止丢包。
流量控制:使用滑动窗口防止发送方数据过快,导致接收方处置惩罚不过来。
拥塞控制:采用慢启动、拥塞避免、快速重传、快速恢复等算法,提高传输效率。
TCP 三次握手:毗连建立过程

在 TCP 毗连建立时,客户端与服务器需要进行 三次握手(3-Way Handshake):
第一步(SYN):客户端向服务器发送 SYN(Synchronize)包,请求建立毗连,并携带初始序列号 seq = x。
第二步(SYN + ACK):服务器收到 SYN 后,发送 SYN + ACK 相应,分配缓存,并告知本身的初始序列号 seq = y。
第三步(ACK):客户端收到服务器的 SYN + ACK 后,返回 ACK 确认,毗连正式建立。
更通俗易懂的可以明白为:

客户端:“你好,我想建立毗连!”(SYN)
服务器:“我收到了,可以毗连!”(SYN+ACK)
客户端:“好的,正式开始!”(ACK)
毗连建立,数据传输开始!
 为什么要三次握手?

防止历史毗连影响:假如两次握手,可能会误相应延长的 SYN 包,导致建立错误毗连。确保双方的接收与发送能力正常。
TCP 四次挥手:毗连开释过程

当通信结束时,TCP 需要 四次挥手(4-Way Handshake)来包管双方数据都正确传输完毕:
第一步(FIN):客户端发送 FIN(Finish)请求关闭毗连。
第二步(ACK):服务器收到 FIN 后,返回 ACK,表示“我知道你要断开了”。
第三步(FIN):服务器数据处置惩罚完后,发送 FIN,预备断开毗连。
第四步(ACK):客户端收到 FIN 后,发送 ACK 并进入 TIME_WAIT 状态,期待一段时间后真正关闭毗连。
更通俗易懂的明白为:

A:“我要断开了!”(FIN)
B:“收到,但我另有点东西要处置惩罚。”(ACK)
B:“我处置惩罚完了,也要断开了!”(FIN)
A:“收到,正式断开!”(ACK)
毗连关闭,安全退出!
为什么需要 TIME_WAIT?

确保最后的 ACK 可以大概被服务器接收,避免服务器误以为毗连未完全关闭。答应旧数据包在网络中消散,防止新毗连受到影响。
TCP 可靠性机制

序列号(Sequence Number)与确认号(ACK Number)


  • 发送方每个数据包都有序列号,接收方通过 ACK 号确认已接收的数据。
超时重传机制


  • 若发送方在一定时间内未收到 ACK,则重新发送数据。
  • 超时时间(RTO)通常由 RTT(往返时间)动态盘算。
快速重传


  • 若接收方发现数据包丢失,会重复发送 ACK(如 3 次 ACK 雷同),发送方立即重传,而不期待超时。
TCP 拥塞控制

CP 拥塞控制采用 四种算法 防止网络拥堵:
1. 慢启动(Slow Start)


  • 初始发送窗口小,每次收到 ACK 后指数增长,快速发现带宽上限。
2. 拥塞避免(Congestion Avoidance)


  • 当网络接近饱和时,窗口线性增长,避免过载。
3. 快速重传(Fast Retransmit)


  • 触发 3 次重复 ACK 后,立即重传丢失的数据包。
4. 快速恢复(Fast Recovery)


  • 避免窗口回到初始值,维持一定速率,淘汰吞吐量降落。
TCP vs UDP 对比

特性TCPUDP
毗连方式面向毗连(需要三次握手)无毗连(不建立会话)
可靠性可靠传输(有序、无丢包)不可靠(可能丢失、乱序)
传输速度较慢(有流控、拥塞控制)快速(无流控、无重传)
典型应用HTTP、FTP、邮件视频直播、DNS、VoIP
 



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