图解TCP的通信机制 _TCP

本文是参考【图解TCP/IP】

TCP（Transmission Control Protocol）是传输控制协议，其作用于传输层，是一种提供了面向连接通信服务的协议
看TCP的英文全称就知道，其主要作用就是传输、控制，传输的是数据，控制的是在传输过程中丢包后的重发、分包乱序后的有序重组、控制数据传输的速率防止网络拥塞等
【图解TCP的通信机制】这也是我们口中一直说的TCP是一种可靠的传输协议的原因。本文就将对TCP的作用过程以及一些机制进行讲解
TCP的通信机制

一、TCP连接管理
二、分段数据发送
三、重发控制
四、滑动窗口控制
五、滑动窗口的重发控制
六、流控制
七、拥塞控制
八、结束语

一、TCP连接管理TCP是面向连接进行通信服务的协议，所谓连接，其实就是在两台需要数据交互的主机之间建立一条虚拟的线路，所有的数据交互都是通过这条线路进行的，而TCP就负责这整个线路的创建、销毁、维护管理等工作
在建立连接之前，需要做一些准备，为了确保通信两端是否可以进行正常通信，发送端会通过TCP的首部发送一个SYN包作为建立连接的请求并等待接收端确认应答。如果接收端确认应答并返回一个ACK包，则表示接收端同意与发送端进行通信，然后发送端再次发送一个ACK包给接收端，表示已收到你的同意通信的消息了，此后两端就可以正常通信了；若接收端没有返回给发送端一个确认应答的ACK包，则表示不同意与发送端进行通信，那么两端自然无法进行后续的通信了
两端若在通信完成以后肯定需要断开通信，同样也需要两端互发包来确认是否要断开通信。比如，发送端先发送一个FIN包给接收端，告知想要断开连接，然后接收端可以返回给发送端一个ACK包表示同意你断开连接的请求，紧接着接收端也向发送端发送了一个FIN包，表示其也想断开连接的意愿，发送端在接收到该包后随即返回给接收端一个ACK包表示我也同意你断开连接，这样，两端就断开连接了
总结一下，一次完整的TCP连接的建立与断开至少需要来回发送7个包，其中建立连接需要发3个包，断开连接需要发4个包
我们来看一下完整的通信过程简图

文章插图

这就是大家常说的三次握手，四次挥手的过程
如果不好理解上面的建立、断开连接过程，这里我再给大家举一个小小的例子
发送端与接收端通信，就好比我们日常生活中两个人打电话，例如现在A给B打电话

A问B：喂？你是B吗？
B回答A：我是B呀，你是A吗？
A回答B：对的，我是A

就这样一个简单的三次对话就确认了双方是想要互相通信的对象，因此连接就此建立了
那么当A和B聊完天，准备挂电话了

A对B说：我的事说完了，那么没啥事我就挂电话了哈
B回答A：好的
B又对A补充了一句：我也没啥事了，那我也挂了哈
A回答B：好的

这三段对话就使通信双方确认了会话结束，因此连接就此断开了
二、分段数据发送TCP不是拿到一整个包就直接原封不动地传给接收端的，因为若这样做，即使是发生了数据丢失，也不知道到底丢失了哪部分的数据，因此其采用的就是将数据分段发送的方式
这里先说明一点，不光建立和断开连接时接收端需要向发送端发送请求应答，在数据交互时也是需要的
例如有一个数据包，我们可以将其按顺序给每一个字节都标上一个序号，然后我们假设每次发送1000个序号区间的数据给接收端，所以第一次发送的是序号 1 ~ 1000 的数据，接收端接收到了以后会返回给发送端一个请求应答，告知发送端下一次请发送序号 1001 ~ 2000 的数据过来，过程如图所示

文章插图

上面我们假设的是每次发送1000个***区间的单位，而实际过程中，却不一定是这个值。
在前面的学习中，我们得知数据在数据链路层中传输会收到MTU（最大传输单元）的影响，若数据大于该值，IP则会被分片处理，因此我们尽可能地不让这种事情发生，那么就要让传输的每段数据大小小于该通信线路上最小的MTU，该值称为MSS（最大消息长度）