计算机网络之TCP

TCP是传输层协议，以太网（Ethernet）规定了电子信号如何组成数据包的，解决了子网内部的点对点协议，但是不能解决多个局域网之间的互通，这是由IP协议解决，IP协议定义了一套自己的地址规则，成为IP地址。它实现了路由功能，允许某个局域网A主机向另一个局域网B主机传输信息。路由器基于IP地址，局域网之间靠路由器连接，路由器有路由表，会有一篇文章专门来说路由器。IP协议可以看作是一个地址协议，并不能保证数据包的完整性，比如数据包在缓存满的时候丢失，需要去发现哪个包，以及如何去重新发送这个包，这就是TCP协议。
TCP协议的作用
保证数据通信的完整性和可靠性，防止丢包。
TCP数据包的编号SEQ
第一个包编号随机数，一个数据包有两个编号，一个是本包编号，一个是下一个包编号，差值是本包的负载长度。
TCP数据包的组装
数据包组装还原是依靠操作系统的，组装好之后给应用系统。
网络层和运输层的区别
网络层是主机之间的逻辑通信。
运输层是为应用进程之间提供端对端的逻辑通信。
TCP的特点
TCP提供面向连接的服务，传输数据前先建立连接，数据传输结束后释放连接。
使用TCP协议的各种应用和应用层协议：电子邮件（SMTP简单邮件传送协议），远程终端接入（TELNET远程终端协议），万维网（HTTP超文本传送协议），文件传送（FTP文件传送协议）。
TCP传输控制协议概述
a：）面向连接。
b：）每一个TCP协议只能有两个断点，每一条TCP协议只能是点对点的。
c：）TCP提供可靠的交付服务。（通过TCP连接传送的数据，无差错，不丢失，不重复，并且按顺序到达）
d：）提供全双工通信。
e：）面向字节流。
TCP连接
TCP把连接作为最基本的抽象。（TCP有很多特点都跟着东西有关）
TCP连接的端口叫做套接字或者插口。
官方定义是：端口号拼接到IP地址。
例子：ip地址是（192.3.4.5），端口号（80）
那么套接字就是192.3.4.5：80
TCP连接是两个套接字。
TCP连接的端口是一个很抽象的套接字。
现如今socket有很多意思
允许应用程序访问联网协议的应用编程接口API，即运输层和应用层之间的一种接口socket API，简称socket。
socket API之中也有一个函数叫做socket。
可靠传输的原理
TCP发送的报文是交给IP层传送，但是IP层只能提供尽最大努力的服务，也就是说TCP下面的网络都是不可靠的。
TCP必须采取适当的措施才能使得两个运输层之间的通信变得可靠。
理想的传输条件有两个特点：
a：传输信道不产生差错
b：壶关发送方多快发送数据，接收方都来得及处理
然而现实生活中是不存在的，所以我们用一些可靠协议来让传输条件变得贴近理想。
停止等待协议
全双工通信的双方既是发送方也是接收方。
a：）无差错情况：发送方发送数据单元，等待接收方确认，接收方向发送方发送确认，发送方继续发送下一组。
b：）出现差错：接收方接受数据单元的时候发生了差错，就丢失数据，接收方不发送任何信息。可靠传输协议是这么规定的，发送方如果一段时间没有收到确认信息，那么就认为发送的分组丢失了，从而重传前面发送过的数据，这就是超时重传。
c：）确认丢失和确认迟到：
确认丢失：就是收到了，但是确认信息没发到发送方，发送方重新传输数据，接收方会丢弃数据但是会重传确认。
确认迟到：就是确认信息不知为什么没及时发送到发送方，导致发送方已经重传并且确认了，然后发送方又收到了姗姗来迟的确认，这时候发送方收到确认但是什么也不做。
d：）信道利用率：停止等待协议的优点是很简单，但是缺点是信道利用率太低，计算公式等于发送方发送数据时间/（发送方发送数据时间+往返时间+发送方接收确认数据时间）
为了解决信道利用率低的方法
连续的ARQ协议和滑动窗口协议
连续的ARQ协议
连续的多个数据组成一个窗口，一个窗口内的数据是不需要接收到确认再发的，连续ARQ协议规定发送方接收到一个确认，就把窗口向前滑动一个位置。
接收方一般是累计确认，就是说接收到多个数据一起发送确认信息。
累计确认的优点：容易实现，即使确认丢失也并不比重传。
累计确认的缺点：不可以向发送方反应接收方已经正确收到数据的信息。
例子：发送方发六个数据，第五个丢了，那么接收方只对前四个发出确认，后边三个只能重传一次。
如果线路信号不好，那么就会导致很多重传问题。
TCP报文格式
TCP虽然是面向字节流的，但是传送的数据是报文段，一个TCP报文段分为首部和数据两部分。
源端口和目的端口。
序号：用来到时候表示字符串顺序的。
确认号：想要的下一个数据的第一个数据的序号，也是用来表明字符串顺序的。
窗口：窗口值经常动态变化。
检验和：检查机关，检查首部和数据的范围。
TCP可靠传输的实现
首先是滑动窗口增加效率，然后TCP的自适应算法来计算超时重传的时间。
TCP的流量控制
简单来说就是别让发送方传输数据过快，让接收方来不及接受，导致数据丢失。
TCP的拥塞控制
什么是拥塞？
在某段时间内，网络中的某一资源的需求超过了该资源所提供的可用部分，网络性能变坏，这就叫做拥塞。
从大的方面可以看有两种方法来进行拥塞控制，分别是开环控制（措施在前）和闭环控制（措施在后）。
拥塞控制方法？
四种算法：慢开始，拥塞避免，快重传，快恢复。
慢开始：以2的倍数增加，增加到门限值。
拥塞避免：门限值到拥塞窗口期间，一个一个增加，增加到拥塞窗口的时候，超时判断网络拥塞，调整门限值为原来一半，然后重新慢开始。
快重传：发送方接收到三个重复确认，那么就立即进行重传，因为只是丢失个别，所以不启动慢开始，而是快恢复，同时限制门限值为原来一半，直接进行拥塞避免算法。
TCP的运输连接管理
运输连接有三个阶段：连接建立，数据传输，链接释放。
TCP建立连接的过程叫做握手，握手需要在客户端和服务器之间交换三个TCP报文段，所以也叫做三次握手。
三次握手过程（A作为主动连接方，B是被动打开连接方）：
一开始，B的TCP服务器进程首先创建传输控制块TCP，准备接受客户进程的连接请求然后进入listen状态。
A的TCP也是先创建传输控制模块TCB，然后打算建立连接的时候，向B发送请求报文段，这时候首部的同步位SYN=1，同时选择序号seq=x。（TCP规定，SYN报文段不可以携带数据，但是要消耗一个序号，这时候A进入了SYN-sent（已发送状态））。
B收到连接请求，如果同意链接，那么向A发送确认。（把确认报文段的SYN和ACK都置1，确认号ack=x+1，给自己一个初始序列seq=y，也要消耗一个序列，这时候B就进入SYN-rcvd（同步收到）状态）。
A收到B的确认后，还要向B确认，确认ACK报文段置1，确认号ack=y+1，自己序号seq=x+1，同时也为自己选择一个。（TCP标准规定，ACK可以携带数据，如果不携带数据则会不消耗序列，A进入及建立连接状态）。
B收到A的确认后也进入已建立连接状态。
为什么最后A还要发送一次确认？这是因为防止已失效的连接请求报文有传送到了B，因而产生错误。
四次挥手，释放连接