【JavaEE精炼宝库】网络原理基础——TCP协议详解（看这一篇就够了）

TCP 全称为"传输控制协议"(Transmission Control Protocol)。正如其名字一样，要对数据的传输进行一个详细的控制。

一、TCP 协议段格式

下图即为 TCP 的协议段格式（大概知道就行）。

• 源 | 目的端口号：表示数据是从哪个进程来，到哪个进程去。
• 序号 | 确认序号：用来保证数据的顺序。在确认应答中，会详细介绍。
• 首部长度：表示该TCP头部有多少个 32 位 bit (有多少个 4 字节)。4 位就是 4 个 bit 表示的数据范围 0~15，由于单位是 4 字节，所以最大长度为 60 字节。除去选项和数据，根据上图可知，TCP的最短长度为 20 字节（16 位为 2 个字节）。TCP报头自身不表示TCP长度，TCP载荷的长度需要结合IP协议报头来计算。
• 保留（6 位）：未被使用的 bit 位。属于防范于未然，后续如果要扩展一些新功能，就可以使用保留位来表示。UDP就是吃了扩展性差的亏。
• 6 位标志位：TCP 的灵魂。
  URG：紧急指针是否有效。
  ACK：确认序号是否有效。
  PSH：提示接收端应用程序立刻从 TCP 缓冲区把数据读走。
  RST：要求重新建立连接。我们把携带 RST 标识的称为复位报文段。
  SYN：请求建立连接。我们把携带 SYN 标识的称为同步报文段。
  FIN：通知对方，本端要关闭了。我们称携带 FIN 标识的为结束报文段。
• 窗口大小：表示滑动窗口的剩余大小。在下面滑动窗口会涉及到。
• 校验和：发送端填充，CRC 校验。接收端校验不通过，则认为数据有问题。此处的检验和不光包含 TCP 首部，也包含 TCP 数据部分。
• 紧急指针：标识哪部分数据是紧急数据。
• 选项：翻译成“可选项”，可以选择加或者不加一些参数。TCP 头部最长长度和最短长度的差，即为选项的最大字节数为 40 字节。
• 数据：载荷部分。TCP 数据长度没有限制。

二、TCP 协议的核心机制

接下来要介绍TCP 10 个比较核心的机制。注意：TCP 不是只有 10 个机制！这里是根据面试和实际工作，挑了 10 个有代表性的来介绍。

10 个核心机制如下：

1. 确认应答
2. 超时重传
3. 连接管理
4. 滑动窗口
5. 流量控制
6. 拥塞控制
7. 延时应答
8. 捎带应答
9. 面向字节流
10. 异常情况

2.1 确认应答：

确认应答是TCP保证可靠传输的核心机制。发送方向接收方发送数据后，接收方会向发送方回复收到（这样用于“应答”的报文称为“应答报文”，应答对应英文单词acknowledge缩写即为ack，就是 6 个标志位的其中一个，如果 ack 标志位为 1 说明这是一个应答报文）。

这样的做法还存在一个问题：如果在网络传输的过程中，发生后发先至的情况该怎么办，本来是要应答问题 2 的，给应答到问题 1 上了。

解决方案：后发先至是网络通信中客观存在的，改变不了。我们可以对传输的数据进行编号，并且让应答报文的编号和发送的数据编号能够对应起来。这样即使出现后发先至，也不会出现“牛头不对马嘴”的情况。

TCP将每个字节的数据都进行了编号，即为序号。

TCP报头通过存储载荷数据第一个字节的序号，来推算出后面字节的序号（一个TCP报文载荷字节序号是连续递增的）。
注意：虽然 TCP 序号是连续递增的，但是不一定是从 0 或者 1 开始的。具体如何开始，为啥这么设定，下面“连接管理”再详细解释。

确认序号的设定也非常有特点：取值是要应答数据的最后一个字节的序号再 + 1。

这是一个非常好的设计，含义有两个：以上图为例，B 发送确认应答报文（确认序号为：1001）。含义一：对于 B 来说，小于 1001 的数据都已经确认收到。含义二：B 再向 A 索要从 1001 开始的数据。

2.2 超时重传：

超时重传用来解决丢包问题。

• 主机 A 发送数据给 B 之后，可能因为网络拥堵等原因，数据无法到达主机 B 。

• 如果主机 A 在一个特定时间间隔内没有收到 B 发来的确认应答，就会进行重发。

但是，主机 A 未收到