tcp协议详解
TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）是面向连接的、可靠的、基于字节流的通信协议，它用于网络中两个主机之间的数据传输。TCP协议的主要功能是确保数据的正确传输、顺序传送以及在网络出现拥塞或丢包时重新传送。以下是对TCP协议的详细介绍：
1. TCP的基本特点
-
面向连接：TCP协议是一个面向连接的协议，意味着在数据传输前，通信双方需要建立一个逻辑连接。在TCP中，通常通过“三次握手”来建立连接。
-
可靠性：TCP保证数据能够正确、无误地到达目的地，如果数据在传输过程中丢失、损坏或者乱序，TCP会负责重新传输丢失的部分，并按照正确的顺序组装数据。
-
全双工通信：TCP允许通信双方同时发送和接收数据。
-
基于字节流：TCP将应用层的数据视为一连串的字节（byte stream），TCP并不关心这些数据的具体结构，它只是按照字节序列来传输数据。
2. TCP报文格式
TCP报文段是由头部和数据部分组成的，以下是报文段头部的结构：
- 源端口号（16位）：标识发送端的端口号。
- 目的端口号（16位）：标识接收端的端口号。
- 序号（32位）：表示本报文段所发送的数据的字节序号，第一字节的位置。
- 确认号（32位）：表示期望接收到的下一个字节的序号，确认对方已经成功收到的数据。
- 数据偏移（4位）：指示TCP头部的长度，以32位字为单位。
- 保留（6位）：保留位，未使用。
- 控制标志（6位）：包含常见的控制位标志：
- URG：表示紧急指针字段有效。
- ACK：表示确认号有效。
- PSH：提示接收方立即将数据交给应用层。
- RST：复位连接。
- SYN：用于建立连接，三次握手中的初始报文。
- FIN：用于关闭连接，表示发送方已经发送完数据。
- 窗口大小（16位）：用于流量控制，指示接收方可以接收的字节数。
- 校验和（16位）：用于检验报文段在传输过程中是否出现错误。
- 紧急指针（16位）：指示紧急数据在报文中的位置。
- 选项：可选字段，长度可变，用于提供额外的控制信息。
3. TCP连接管理
3.1 三次握手（建立连接）
- 第一次握手：客户端向服务器发送SYN（同步序列号）报文，表示请求建立连接，客户端进入
SYN_SENT状态。 - 第二次握手：服务器收到SYN报文后，响应一个SYN+ACK报文（同时确认接收客户端的SYN），服务器进入
SYN_RECEIVED状态。 - 第三次握手：客户端收到服务器的SYN+ACK后，回复一个ACK报文，双方都进入
ESTABLISHED状态，连接建立。
3.2 四次挥手（关闭连接）
- 第一次挥手：客户端发送FIN报文，表示完成数据传输，客户端进入
FIN_WAIT_1状态。 - 第二次挥手：服务器收到FIN后，发送ACK报文，服务器进入
CLOSE_WAIT状态，客户端进入FIN_WAIT_2状态。 - 第三次挥手：服务器完成数据传输后，发送FIN报文，服务器进入
LAST_ACK状态。 - 第四次挥手：客户端收到FIN后，发送ACK报文，客户端进入
TIME_WAIT状态，等待一段时间后关闭连接。
4. TCP的流量控制
TCP通过接收方的窗口大小来实现流量控制。窗口大小告诉发送方接收方能够接收的数据量，发送方根据窗口大小调整自己的发送速度，以避免发送过快，导致接收方来不及处理数据而产生丢包。
5. TCP的拥塞控制
TCP通过以下四种算法实现拥塞控制：
- 慢启动：初始时发送方的拥塞窗口（cwnd）较小，然后随着接收到的ACK，发送窗口指数级增长，直到达到接收方的接收窗口大小或网络拥塞。
- 拥塞避免：当慢启动结束后，发送方会线性增加拥塞窗口，避免网络拥塞。
- 快速重传：如果发送方连续收到三个重复的ACK，表明某个数据报文可能丢失，发送方会立即重传该报文，而不是等待超时。
- 快速恢复：在快速重传之后，拥塞窗口会被减半，然后再开始拥塞避免阶段。
6. TCP的超时重传
TCP会在发送数据后等待一段时间，如果在规定时间内没有收到ACK，发送方会认为该报文段丢失并进行重传。这个等待时间叫做超时重传时间（RTO），TCP会根据网络状况动态调整RTO。
7. TCP与UDP的对比
| 特性 | TCP | UDP |
|---|---|---|
| 是否连接 | 面向连接 | 无连接 |
| 可靠性 | 可靠（保证数据顺序、无丢失） | 不可靠 |
| 传输方式 | 基于字节流 | 基于数据报（报文） |
| 拥塞控制 | 是 | 否 |
| 应用场景 | 文件传输、电子邮件等需要可靠传输的场景 | 视频、音频流等实时传输要求的场景 |
8. TCP的应用场景
- 网页浏览：HTTP/HTTPS协议建立在TCP之上，浏览器通过TCP与服务器建立连接，传输网页内容。
- 文件传输：FTP、SFTP等文件传输协议依赖TCP进行可靠的数据传输。
- 电子邮件：SMTP、IMAP等邮件协议使用TCP来确保邮件内容完整可靠地传递。
总结来说，TCP协议以其可靠性和面向连接的特性，被广泛应用于需要稳定传输数据的场景中。
原文地址：https://blog.csdn.net/jkzyx123/article/details/142456514
免责声明：本站文章内容转载自网络资源，如本站内容侵犯了原著者的合法权益，可联系本站删除。更多内容请关注自学内容网（zxcms.com）！