TCP实现可靠传输

1. TCP 和 UDP的区别：

• TCP面向连接；UDP无连接
• TCP保证数据的可靠传输，数据传送无差错，不丢失，无重复，按序到达；UDP不保证可靠交付
• TCP连接一对一；UDP支持更广泛
• UDP实时性好，效率高，适用场景：短消息传输，大量客户端，对数据安全性要求不高但实时性要求高
• TCP面向数据流；UDP面向数据报

2. TCP如何保证数据传输的可靠性？

　　1. 序列号，ACK信号：发送方按照顺序给要发送的数据包的每个字节都标上编号。接收方接收到发送方的数据包之后，回传一个ACK信号，标识下一个需求的数据包初始字节编号。

　　2. 超时重发：在等待接收方回传的ACK信号超时后，发送方重发数据包。一旦开始重传，下一次等待的时间间隔指数增长，重发一定次数后还是收不到ACK信号，将强制终止连接。

　　3. TCP的连接管理：建立连接的三次握手和断开连接的四次挥手。

　　4. 以段为单位发送数据包：在建立TCP连接的同时，两端协商发送数据包的单位，称为“最大消息长度”：MSS。 【TCP数据(MSS字节)】【TCP首部(20字节)】【IP首部(20字节)】

　　5. 滑动窗口：以段为单位发送数据包，每发送一个数据包需要等待一个ACK信号，当数据包往返时间越长效率越低。滑动窗口中窗口前端为已发送但为收到ACK的数据，后端为待发送数据。发送端一次发送多个数据，接收端回传收到的连续数据的ACK信号，缓存缺失数据之后的数据包(保持顺序)。发送端当收到ACK信号时，窗口向前依次移动，直到遇到有数据未确认时停止。一段时间后启动超时重传，接收端若收到缺失数据，则和缓存数据一起发送ACK信号，否则，抛弃缓存数据。

　　6. 流量控制：TCP首部有一个字段来通知窗口的大小，接收端通过设置来主动控制传输流量。

　　7. 拥塞控制：发送端通过拥塞窗口主动控制传输流量。慢启动：防止双方通信刚开始就传送大量数据包，发送端拥塞窗口初始设置为1MSS，每接受一个ACK信号，窗口扩大为两倍。发送数据时，取拥塞窗口和滑动窗口的较小值。同时设定一个慢启动阈值，当拥塞窗口大小超过阈值时，改为线性增长，直到网络拥塞。拥塞时将慢启动阈值设置为当前窗口的的一半，并将拥塞窗口的值设置为1，然后再次重复操作。

3. TCP三次握手

　　

 

 

 　　为什么需要三次？

　　1. 确认信息对等，客户端和服务端需要确认自己和对方收发报文的能力

　　第一次握手，Server确认了自己收报文，和Client发报文的能力

　　第二次握手，Client确认了自己收/发报文和Server收/发报文的能力

　　如果没有第三次，那么Server将无法确认自己发报文和Client收报文的能力

　　2. 防止超时产生的脏连接

　　客户端发送的连接请求超时到达，服务器接收后，如果没有第三次握手确认，而直接建立连接，这个连接是脏连接。而三次握手中，这种超时握手，客户端因为状态不是SYN_SENT，将会丢弃服务端的二次握手，服务端收不到三次握手，最终超时，连接建立失败。

4. TCP四次挥手

　　

 

　　第一次挥手，客户端发送FIN，客户端不再发送数据

　　第二次挥手，服务端返回ACK，告知客户端收到请求，并进入CLOSED_WAIT状态，代表服务端进入收尾阶段，发送剩余数据关闭资源等等。

　　第三次挥手，服务端返回FIN，进入LAST_ACK状态，等待客户端确认应答

　　第四次挥手，客户端返回ACK，进入TIME_WAIT状态（持续2MSL时间），在此期间若再没有收到服务端请求，则关闭连接进入CLOSED状态

　　为什么是2MSL？

　　MSL是报文在网络上生存的最长时间。假设最后一次挥手的ACK丢失，而它的最大生存时间是MSL，服务端未收到ACK则会重发FIN，重发的报文生存时间也是MSL，两者一共2MSL。如果在最长等待时间中都未收到服务端的消息，则确认服务端已经关闭，则自己也可关闭了。