TCP/IP 协议栈系列 - TCP 基本概念

问

简要描述下 TCP 协议，它的特点？

以及为何它具有这些特点？如何保证的？

答

概念

1. TCP 和 UDP 协议都是 传输层 上的协议
2. TCP 和 UDP 协议都基于 网络层的 IP 协议
3. IP 数据包中的 protocol 字段可以指明在传输层使用哪一种协议

特点

面向连接的

要求通信双方 在发送数据之前 建立一条逻辑上的连接

要求通信双方 在结束发送数据 之前断开连接

通过 三次握手 来建立一条连接

通过 四次挥手 来释放一条连接

可靠的

因为下层的 IP 协议无连接、不可靠，只尽最大可能传输数据报，会有如下缺点：

1. 不保证数据包到达接收方的顺序和发送数据包的顺序相同
2. 不保证数据包是否重复
3. 不保证数据包是否到达

TCP 为了做到可靠，需要解决上述问题：

• 校验和(Checksum)：每个 TCP 首部有两个字节的校验和，完成报文内容的校对工作，若报文内容计算出的校验和与该值不同，则认为损坏并丢弃报文。该机制解决了 问题 3
• 包的序列号(Sequence Number)：解决了接收数据的乱序和重复问题，即问题 1和 2
• 超时重传：TCP 发送数据包后会启动一个定时器，等待对端确认接收到该包。若指定时间没有收到 ACK 确认，则重传数据包。该机制解决问题 3
• 流量控制、拥塞控制：解决其他问题

基于字节流

字节流的含义是 没有固定的报文边界

TCP 是一种基于 字节流 (byte-stream) 的协议

举例：

场景：调用 2 次 write() 函数，只往 socket 中依次写入 300，200字节。

write() 函数负责把字节拷贝到 内核缓冲区，最终会以多少条报文发出去不确定

接收方也是可能多次读取字节数，并分不清边界，该工作交由上层的应用程序做

全双工

TCP 中的发送端和接收端 是对等的，都可以作为 客户端 和 服务端

通信双方在任意时刻，既可以接受数据，也可以发送数据

每个方向的数据流独立管理 序列号、滑动窗口大小、MSS 等信息