计网 - TCP扫盲

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知识点

TCP头格式

TCP头部包含多个字段，其中一些是必需的，而另一些是可选的。

常见的字段包括源端口号、目标端口号、序列号、确认号、窗口大小、校验和等。

每个字段都有特定的长度和作用，这些字段一起构成了TCP数据包的头部信息。

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TCP有限状态机（FSM）

TCP连接在其生命周期内经历不同的状态，这些状态构成了TCP有限状态机。

常见的状态包括

• CLOSED（连接未打开）
• LISTEN（等待连接请求）
• SYN_SENT（发起连接请求）
• SYN_RECEIVED（收到连接请求）
• ESTABLISHED（连接已建立）
• FIN_WAIT_1
• FIN_WAIT_2
• LAST-ACK
• TIME-WAIT
• CLOSING
• CLOSE-WAIT

状态之间的转换遵循一定的规则，形成了TCP连接的生命周期。

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为何需要TCP协议

TCP（传输控制协议）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层协议。

它提供了错误检测、流量控制、拥塞控制等机制，确保数据的可靠传输。TCP适用于需要可靠性和有序性的应用场景，如文件传输、网页访问等。

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TCP的定义

TCP是一种面向连接的协议，它提供可靠的、有序的数据传输。通过使用序列号、确认号、校验和等机制，TCP确保数据的完整性和正确性。它在IP协议的基础上，为应用程序提供了可靠的数据传输服务。

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TCP连接的概念

TCP连接是指在通信的两端之间建立的虚拟通道，通过这个通道，数据可以在两端之间可靠地传输。TCP连接的建立经历三次握手，而连接的终止则经历四次挥手。

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如何唯一确定一个TCP连接

一个TCP连接可以由源IP地址、源端口号、目标IP地址、目标端口号四元组唯一确定。这意味着在网络中，每个连接都可以通过这四个参数唯一标识。

因协议都是TCP，所以就简化成了四元组。

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TCP vs UDP

• TCP是面向连接的，提供可靠的数据传输，确保数据的有序性和完整性。UDP是面向无连接的，提供不可靠的数据传输，不保证数据的有序性和完整性。
• TCP使用三次握手建立连接，四次挥手终止连接，而UDP没有连接的建立和终止过程。
• TCP有拥塞控制和流量控制机制，适用于对可靠性要求较高的应用。UDP没有这些机制，适用于实时性要求较高的应用，如视频流和语音通话。

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TCP拥塞控制

TCP拥塞控制是一种机制，用于防止网络拥塞并调整发送速率，以确保网络中的流量不超过其容量。拥塞控制是端到端的，它通过一系列算法和策略来动态调整发送方的速率，以适应网络的变化。

主要的TCP拥塞控制算法包括：

1. 慢启动（Slow Start）： 在连接开始时，发送方逐渐增加发送速率，直到发现网络的容量。
2. 拥塞避免（Congestion Avoidance）： 一旦网络达到拥塞点，发送方将减慢发送速率，以避免加剧拥塞。
3. 快速重传（Fast Retransmit）： 接收方发现缺失的数据后，会立即通知发送方重传，而不必等到定时器超时。
4. 快速恢复（Fast Recovery）： 在快速重传后，发送方进入快速恢复状态，逐渐增加发送速率。

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TCP流量控制

TCP流量控制是为了防止快速发送方压倒缓慢接收方的机制。它通过使用窗口大小来实现，接收方通过通告窗口大小来告知发送方它还能接收多少数据。发送方根据窗口大小来控制发送的速率，以确保不超过接收方的处理能力。

流量控制的关键是使用滑动窗口机制，其中窗口大小动态调整以适应接收方的处理能力。如果窗口大小为零，发送方将停止发送数据，直到接收方准备好接收更多数据。

综合来说，TCP拥塞控制和流量控制是为了确保网络中的数据传输既可靠又高效。拥塞控制防止网络过载，而流量控制确保发送方不会压倒接收方。

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导图

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