TCP（传输控制协议）

1.什么是TCP？

TCP是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议，有IETF（互联网工程任务组）的RFC_793（tcp传输控制协议）定义。TCP旨在适应多网络应用的分层协议层子结构，能够在互联网络中提供可靠的端到端通信服务

2.TCP的基本概念和特性

1. ‌面向连接‌：TCP在数据传输前需要建立连接，这确保了数据传输的可靠性。
2. ‌可靠传输‌：TCP通过确认机制和重传机制确保数据包的正确传输，防止数据丢失或乱序。
3. ‌流量控制‌：TCP能够根据接收方的处理能力动态调整发送速率，防止数据溢出。
4. ‌全双工通信‌：TCP支持双向数据流，允许数据在两个方向上同时传输。

3.TCP 的应用场景

TCP广泛应用于需要可靠数据传输的场景，如文件传输、电子邮件、远程登录等。由于其可靠性和流量控制机制，TCP特别适合那些对数据完整性要求较高的应用。

4.TCP的优点：‌

‌可靠性‌：TCP通过序号、确认号、重传机制、校验和等手段，确保数据在传输过程中不会丢失、重复、乱序或出现错误，从而提供可靠的数据传输服务。

‌流量控制‌：TCP支持流量控制，通过滑动窗口机制来控制发送数据的速率，避免过多数据造成网络拥塞，从而提高网络的整体效率和稳定性。

‌拥塞控制‌：TCP支持拥塞控制，通过调整发送数据的速率来适应网络状况的变化，避免网络拥塞，进一步提高了网络的稳定性和可靠性。

‌有序性‌：TCP保证数据传输的有序性，数据传输的顺序和发送的顺序一致，确保接收方能够按照正确的顺序重组数据。

‌全双工通信‌：TCP允许通信双方同时发送和接收数据，实现了双向数据传输，提高了通信效率。

‌广泛的应用场景‌：由于上述优点，TCP广泛应用于Web应用程序、文件传输、邮件传输等需要可靠传输的领域。

5.TCP的缺点

较高的延迟：由于TCP的连接建立、重传和拥塞控制机制，它的传输延迟较高。

较大的开销：TCP的头部较大，包含序列号、确认号、窗口大小等字段，增加了传输开销。

6.TCP的工作原理

TCP通过端口号标识应用程序，并在发送方和接收方之间建立虚拟连接。发送方将数据分割成多个数据包，每个数据包都带有序号和确认号。接收方收到数据包后，会发送确认信号，如果发现数据包丢失或错误，会要求重传。当所有数据包都正确接收后，TCP会将它们重新组装成原始数据流。

7.TCP的工作机制

（1）TCP的三次握手

• 第一次握手：客户端发送一个请求（syn包），告诉服务器：“我想和你建立连接”。服务器收到后，会回复一个确认（ack包），并告诉客户端：“我收到了你的请求，我也同意建立连接”。

• 第二次握手：服务器在回复确认的同时，也会发送一个请求（syn+ack包），告诉客户端：“我也同意建立连接，这是我的请求”。这样，双方都表达了建立连接的意愿。

• 第三次握手：客户端收到服务器的syn+ack包后，会发送一个确认（ack包），告诉服务器：“我也同意建立连接”。至此，双方都确认了连接建立，进入ESTABLISHED状态，连接正式建立。

• 为什么要进行三次握手‌：

• ‌确保双方都同意建立连接‌：通过三次握手，可以确保客户端和服务器都同意建立连接，防止单方面的错误连接请求。

• ‌防止失效的连接请求报文‌：如果只进行两次握手，可能会收到之前失效的连接请求报文，导致错误的连接建立。三次握手可以确保所有的连接请求都是最新的、有效的。

（2）四次挥手

 

• 第一次挥手：客户端发送一个带有FIN标志的数据包，表示它已经完成了数据的发送，想要关闭连接。此时，客户端进入FIN-WAIT-1状态‌

• 第二次挥手：服务器收到这个FIN包后，会发送一个ACK确认包给客户端，表示收到了关闭请求。服务器可以继续发送数据，直到数据发送完毕。服务器进入CLOSE-WAIT状态‌

• 第三次挥手：当服务器完成数据发送后，也会发送一个带有FIN标志的数据包给客户端，表示服务器也完成了数据的发送，想要关闭连接。服务器进入LAST-ACK状态，等待客户端的确认‌

• 第四次挥手：客户端收到服务器的FIN包后，会发送一个ACK确认包给服务器，表示收到了关闭请求。客户端进入TIME-WAIT状态，等待一段时间以确保所有数据都正确传输。在这个状态下等待一段时间后，客户端关闭连接‌

• TCP四次挥手的目的和重要性‌：

  TCP四次挥手的主要目的是确保双方都能确认连接的关闭，并且防止旧的数据包干扰新的连接。通过四次挥手，双方都能确保对方已经收到了关闭请求，并且所有的数据都已经正确传输。

8.重传机制

TCP的重传机制确保丢失的数据包能够被重新发送。发送方在发送数据后，会启动一个定时器。如果在定时器超时前没有收到确认包，TCP会重新发送数据包。

9.滑动窗口机制

TCP的滑动窗口机制用于控制数据流的传输速度。发送方根据接收方的窗口大小调整发送的数据量，确保接收方能够处理接收到的数据。

10.堵塞控制算法

TCP采用了多种拥塞控制算法，以避免网络拥塞：

• 慢启动：在连接建立初期，TCP以指数速度增加发送速率，直到检测到网络拥塞。

• 拥塞避免：当网络拥塞迹象出现时，TCP减少发送速率，避免进一步拥塞。

• 快速重传与快速恢复：当TCP检测到数据包丢失时，立即重传数据包，并通过调整拥塞窗口大小恢复传输速度。

TCP与其他协议的关系

在OSI模型（开放系统互联参考模型）中，TCP位于传输层，其下层是IP，上层是应用程序。IP负责将数据包从源地址传递到目的地址，而TCP则负责确保数据的可靠传输和错误处理。

针对的是TCP，注意：
* 一个Socket一次只能连接以太主机
* Socket关闭后无法再次使用
* 每隔Socket对象只能一台远程主机连接，如果你想连接到多台主机远程主机，你必须创建多个Socket对象