TCP 学习笔记（三）：打造可靠传输的秘密武器

从理论到实践：构建可靠传输的基础

提起 TCP，我们总能听到一个词：可靠传输。什么是可靠传输？它意味着数据在发送和接收过程中不会丢失、不会重复，并且按照发送的顺序到达。

在 TCP/IP 协议栈中，TCP 位于传输层。在这一层，TCP 为应用层提供可靠的数据传输服务。为了实现可靠传输，TCP 采用了多种机制，包括滑动窗口、拥塞控制、流量控制、校验和、超时重传等。

滑动窗口：合理控制数据流

滑动窗口是一种流量控制机制，用于控制发送端和接收端之间的数据流。它允许发送端在未收到接收端确认的情况下发送多个数据包，从而提高了网络的吞吐量。同时，滑动窗口还限制了发送端发送的数据包数量，避免网络拥塞。

拥塞控制：避免网络堵塞

拥塞控制是防止网络堵塞的一种机制。当网络中数据包过多时，可能会导致网络拥塞，从而降低网络性能。为了防止网络拥塞，TCP 使用了多种拥塞控制算法，如慢启动、拥塞避免、快速重传、快速恢复等。这些算法可以动态调整发送端的发送速率，从而避免网络拥塞的发生。

流量控制：保持数据流的平稳

流量控制是一种端到端机制，用于控制发送端和接收端之间的数据流。它通过接收端向发送端发送窗口通告来实现。窗口通告告诉发送端接收端可以接收的最大数据量。发送端根据窗口通告来调整自己的发送速率，从而避免接收端的数据缓冲区溢出。

校验和：确保数据传输的准确性

校验和是一种差错检测机制，用于确保数据在传输过程中不被损坏。在发送数据包时，发送端会计算数据包的校验和并将其添加到数据包中。接收端收到数据包后，会重新计算校验和并将其与数据包中的校验和进行比较。如果两个校验和不一致，则说明数据包在传输过程中被损坏，接收端会丢弃该数据包。

超时重传：及时补救数据丢失

超时重传是一种重传机制，用于解决数据包丢失的问题。当发送端在一定时间内没有收到接收端的确认时，它会认为数据包丢失，并重新发送该数据包。超时重传可以确保数据包最终能够被接收端收到。

三次握手和四次挥手：可靠连接的建立与终止

TCP 采用三次握手来建立可靠的连接，三次握手包括：

1. SYN（同步）： 客户端向服务器发送一个 SYN 分组，其中包含客户端的初始序号。
2. SYN-ACK（同步确认）： 服务器向客户端发送一个 SYN-ACK 分组，其中包含服务器的初始序号和对客户端 SYN 分组的确认。
3. ACK（确认）： 客户端向服务器发送一个 ACK 分组，其中包含对服务器 SYN-ACK 分组的确认。

TCP 采用四次挥手来终止可靠的连接，四次挥手包括：

1. FIN（结束）： 客户端向服务器发送一个 FIN 分组，表示客户端准备关闭连接。
2. ACK（确认）： 服务器向客户端发送一个 ACK 分组，确认收到客户端的 FIN 分组。
3. FIN（结束）： 服务器向客户端发送一个 FIN 分组，表示服务器准备关闭连接。
4. ACK（确认）： 客户端向服务器发送一个 ACK 分组，确认收到服务器的 FIN 分组。

结语

TCP 协议通过滑动窗口、拥塞控制、流量控制、校验和、超时重传、三次握手和四次挥手等机制，确保了数据的可靠传输。这些机制共同作用，为我们提供了稳定、高效的数据传输服务。