【计算机网络】详解TCP协议(上) TCP协议头结构 | ACK确认应答 | 超时重传机制

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一、TCP协议的特点

TCP 是⾯向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议

• 1.⾯向连接的：⼀定是⼀对⼀才能连接，不能像 UDP 协议可以⼀个主机同时向多个主机发送消息，也就是⼀对多是⽆法做到的
• 2.可靠的：⽆论的⽹络链路中出现了怎样的链路变化，TCP 都可以保证⼀个报⽂⼀定能够到达接收端。可靠有序，不丢不重
• 3.字节流：消息是没有边界的，所以⽆论我们消息有多⼤都可以进⾏传输。并且消息是有序的，当前⼀个消息没有收到的时候，即使它先收到了后⾯的字节，那么也不能扔给应⽤层去处理，同时对重复的报⽂会⾃动丢弃

二、TCP协议头结构

首先是源端口和目的端口，共占32个字节。这两个是UDP中也有的，但是UDP中只有这两个，没有后面的校验数据

序列号：在建立连接时由计算机生成的随机数作为初始值，发送端和接收端每发送一次数据，就累加一次数据大小。

序列号保证了网络包不会乱序

确认号：指下一次期望收到的数据的序列号，发送端收到确认应答后代表确认序号之前的网络包都已成功收到

确认应答号保证了不丢包

数据偏移：首部长度

控制位： 哪一位置为1，对应的字段变为有效

• URG：紧急指针，标明此报文段中有紧急数据，是高优先级的数据，应尽快传送，不用在缓存里排队，配合紧急指针字段使用

• ACK：ACK=1时确认号有效，除了最初SYN包，其余ACK都置为1

• PSH：推送位，接收方尽快交付接收应用进程，不再等到缓存填满再向上交付

• RST：表明TCP连接中出现严重差错，必须释放连接，然后再重新建立传输链接

• SYN：连接请求/连接接受报文，最初需要设定序列号初始值

• 窗口：指的是发送本报文段的一方的接收窗口，即现在允许对方发送的数据量

• 检验和：检验首部和数据部分长度

• 紧急指针: URG=1时才有意义，指出本报文段中紧急数据的字节数

• 选项：最大报文段长度MSS、窗口扩大、时间戳、选择确认…

三、ACK确认应答机制

一个客户端和服务端进行数据传输的简单示例

如下图：

当客户端发送一个数据包时，它将包含一个序列号seq，以便服务端可以确认数据包的顺序

当服务端收到数据包时，它将通过发送一个带有确认号ack=N+1的ACK包来确认收到N号数据包。这个确认号N+1表示下一个期望接收的数据包序列号，也代表101之前的包我都收到了

在客户端，每次发送完一个数据包后，它都会等待服务端的确认。当客户端收到服务端返回的ack=N+1的确认包ACK时，它会知道服务端已经成功接收到了上一个1—100的数据包。然后，客户端可以继续发送下一个数据包

四、超时重传机制

TCP在传输数据的过程中，为了确保数据的可靠传输，采用了超时重传机制

即TCP的发送方在规定的时间内没有收到确认就要重传已发送的报文段

• 情况1：数据包丢失

在客户端发送数据后，如果在规定时间没有收到服务端回复的ack（超过超时时间），那么就证明我们发送包丢失，重新给服务端重新发送上次丢失的包（没有收到ack回应的包），直到在规定时间收到服务端回复的ack

• 情况2：确认应答包丢失

在规定时间（超过超时时间）内没有收到服务端回复的ack包，就再次发送一遍数据，服务端已经接收过这个数据不会再次处理，把重复的包丢弃，然后重新回复一遍ack

往返时延RTT和超时重传时间RTO

RTT：数据从⽹络⼀端传送到另⼀端所需的时间，也就是包的往返时间

RTT表示从发送端发送数据开始，到发送端接收到来自接收端的确认(ACK)，总共经历的时延。也就是从发送数据到收到ack的时间

RTT由三个部分决定：
1.链路的传播时间
2.末端系统的处理时间
3.路由器的缓存中的排队和处理时间

RTO：超时重传时间，指发送方发送数据后，等待接收方确认的时间

TCP每发送一个报文段，就会对这个报文段设置一个超时重传计时器，此时计时器设置的超时重传时间RTO应略大于TCP报文段的平均往返时延RTT，一般取RTO=2RTT

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