IO系列(十) -TCP 滑动窗口原理介绍(上)-优快云博客

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一、摘要

之前在上分享网络编程知识文章的时候，有网友写下一条留言：“可以写写一篇关于 TCP 滑动窗口原理的文章吗？”。

当时没有立即回复，经过查询多方资料，发现这个 TCP 真的非常非常的复杂，就像一个清澈的小沟，你以为很浅，结果一脚踩下去，感觉深不可测。

虽然之前也总结过一些关于网络编程相关的技术知识，对于 TCP 协议栈也做过一些介绍，但是大体上都描述的比较简单，没有深入去了解，本篇在很大程度上弥补了我对计算机网络知识的空白。

话不多说，直接上干货！

二、TCP 数据传输

在之前的文章中我们了解到，TCP 协议能保证网络上的计算机之间可靠无差错的数据传输，比如上传文件、下载文件、浏览网页等都得益于它，实际的应用场景非常广泛。

与 TCP 协议一并称霸天下的还有 UDP 协议，不过 UDP 协议虽然传输效率更高，但是并不保证数据传输正确性，相比 TCP 要稍逊一些。

事实上，TCP 协议经过多年的发展，已经成为实现数据可靠传输的标准协议，所谓可靠，就是确保数据准确的、不重复、无延迟的到达目的地，那 TCP 协议是如何实现这些特点的呢？

其实要实现数据可靠传输，并不简单，因为要考虑异常的情况比较多，例如数据丢失、数据顺序混乱、网络拥堵等，如果不能解决这些问题，也就无从谈起可靠传输。

总的来说，TCP 协议是通过序列号、确认应答、重发控制、连接管理以及窗口控制等机制实现数据稳定可靠性的传输。

以下是 TCP 协议的报文格式。

TCP 报文段包括协议首部和数据两部分，协议首部的固定部分是 20 个字节，头部是固定部分，后面是选项部分。

下面是报文段首部各个字段的含义：

源端口号以及目的端口号：各占 2 个字节，端口是传输层和应用层的服务接口，用于寻找发送端和接收端的进程，一般来讲，通过端口号和IP地址，可以唯一确定一个 TCP 连接，在网络编程中，通常被称为一个 socket 接口。
序号：Seq 序号，占 4 个字节。用来标识从 TCP 发送端向 TCP 接收端发送的数据字节流序号，发起方发送数据时对此进行标记。
确认序号：Ack 序号，占 4 个字节，包含接受端所期望收到的下一个序号。只有 ACK 标记位为 1 时，确认序号字段才有效，因此，确认序号应该是上次已经成功收到数据字节序号加 1，即 Ack = Seq + 1。
数据偏移：占 4 个字节，用于指出 TCP 首部长度。
保留字段：占 6 位，暂时可忽略，值全为 0。
六位标志位：值内容含义如下
- URG(紧急)：为1时表明紧急指针字段有效
- ACK(确认)：为1时表明确认号字段有效
- PSH(推送)：为1时接收方应尽快将这个报文段交给应用层
- RST(复位)：为1时表明TCP连接出现故障必须重建连接
- SYN(同步)：在连接建立时用来同步序号
- FIN(终止)：为1时表明发送端数据发送完毕要求释放连接
窗口：占 2 个字节，用于流量控制和拥塞控制，表示当前接收缓冲区的大小。
校验和：占 2 个字节，范围包括首部和数据两部分
紧急指针：指出了紧急数据的末尾在报文段中的位置，和 URG 搭配使用
选项和填充：是可选的，默认情况是不选。