TCP是因特网运输层的面向连接的可靠的运输协议

TCP是点对点的，而并不是一个发送方发给一群人。

为了保存验证的消息，例如确认双方信息等。两者需要保存确保数据传输的参数（TCP状态变量）。

客户端先发一个特殊TCP报文，服务器回复一个特殊TCP报文。这两个报文不包含数据

用户发送第三个报文，可以包含要的传输数据。

MSS：最大报文段长度

TCP报文段

TCP报文由报文头和数据字段组成。MSS限制数据段大小并进行数据包分割。

头部通常有20字节，以32bit作为一个单位。

由源端口16bit，目的端口16bit，序号32bit，确认号32bit，接收窗口16bit，首部长度字段4bit（说明了首部的长度，通常为空），可选变长选项字段（用于协商MSS等），标志字段6bit（ACK，RST，SYN，FIN，CWR，ECE，PSH，URG），紧急数据字段16bit。

序号和确认号

序号用于标识数据流中的每一个字节，使得数据流中的字节保持有序性，每个字节都有唯一的序号。

当MSS为1000时，对于两个1000字节的数据包属于一个数据流，会有序号 0-999 和 1000-1999 。报文段中的序号为该数据流中的第一个序号如上分别是 0 和 1000 。对应的两个包的序号就是 0 和 1000

确认号为发送端期待的下一个数据包的开头序号，对于接受者，收到数据后，将会发送一个确认，其代表 该流中至第一个丢失字节为止的字节，例如收到了0-535则其确认号为536，如果接受了0-200和 300-500，其确认号为201. 这被称为累计确认

实际操作上，TCP编程人员可以选择丢弃后面这段300-500，轮到的时候再接收一遍，也可以保留，不断获取空缺填充。

Telnet

一个基于TCP远程登陆的应用层协议。其是一个交互式应用。

下图的例子可以很好的解释Seq（序号）和ACK（确认号）的使用。

第二个报文段不仅会发送数据给主机A，还确认了主机A传输的数据，代入了确认码，这种确认被称为捎带（piggybacked）。

往返计算

SampleRTT：报文样本RTT，发出到被接受的时间段，在某个时刻做一次SampleRTT测量。
EstimatedRTT：SampleRTT显然是不稳定的，使用一个为指数加权移动平均（EWMA）来做标准化 EstimatedRTT = （1 - α） • EstimatedRTT + α • SampleRTT（α推荐值0.125）
DevRTT：RTT偏差，DevRTT = （1 -β） • DevRTT + β • | SampleRTT - EstimatedRTT |，是SampleRTT与EstimatedRTT之间差值的EWMA（β推荐值0.25）

Timeoutinterval = EstinMrtedRTT +4 • DevRTT

推荐的超时时间，推荐的初始Timeoutinterval为1s，出现超时后将加倍，接受到报文段后就用上述公式重新计算。

可靠数据传输

TCP在ip的服务之上建立了可靠传输服务。涉及到了许多RDT的原理。

对于超时而言，需要定时器，而实际使用的多个计时器成本较高，推荐的定时器管理过程推荐单一的重传定时器。

建立一个假设环境，主机A往主机B传输大文件。

发送方

NextSeqNum=InitialSeqNumber
SendBase=InitialSeqNumber

loop() {
	switch(event)
		事件：从上层应用接受数据
			生成报文段
			if(定时器没有运行)
				启动定时器
			发送报文段
			NextSeqNum=NextSeqNum+length(data)
			break;
		事件：定时器超时
			重传最小序号未应答报文
			启动定时器
			break;
		事件：收到ACK，具有ACK字段值y
			if (y > SendBase) {
				SendBase = y
			}
			if(当前无任何应答报文段){
				启动定时器
			}
			break;
}

发送方有三个事件：从上层应用接受数据，定时器超时，收到ACK

TCP状态变量SendBase是最早未被确认的字节的序号

超时间隔加倍

对于加倍的间隔实现，作为了一个拥塞控制，防止在堵塞的网络中反复重传导致网络中的堵塞会更加验证，TCP经过加倍时间间隔，做到堵塞控制。

快速重传

对于过长的超时周期，导致发送方延迟重传丢失的分组，增加端到端时延。

发送方可在超时前检测丢包，减少延迟。冗余ACK是对已确认报文段的重复确认。

**TCP接收方的ACK生成策略（RFC 5681）：**如果接收到的报文段序号大于期望的下一个按序报文段，则说明可能存在丢失。TCP不使用否定确认（NACK），而是通过冗余ACK提示发送方存在丢包。

TCP连接管理

TCP 三次握手

第一步（SYN报文段）

客户端向服务器发送TCP SYN报文段，不包含应用层数据，SYN标志置1，并随机选择一个初始序号（client_isn）。
第二步（SYNACK报文段）

服务器收到SYN报文后，分配TCP缓冲和变量，向客户端发送SYNACK报文段，SYN标志置1，确认号设为client_isn + 1，并随机选择服务器的初始序号（server_isn）。
第三步（ACK报文段）

客户端收到SYNACK后，分配缓冲和变量，并向服务器发送ACK报文段，确认号设为server_isn + 1，SYN标志置0，连接建立，可携带数据。

TCP 四次挥手

客户端发起关闭连接

客户端应用进程发送关闭命令，TCP向服务器发送FIN报文段（FIN比特置1）。
服务器确认FIN

服务器收到FIN报文后，向客户端发送ACK报文段进行确认。
服务器发送FIN

服务器随后发送自己的FIN报文段（FIN比特置1），表示终止连接。
客户端确认FIN

客户端收到服务器的FIN报文后，发送ACK报文段进行确认，连接关闭，释放资源。

关闭状态机

客户端发起关闭连接
- 客户端TCP发送FIN报文段（FIN比特置1），进入FIN_WAIT_1状态。
服务器确认FIN
- 服务器发送ACK报文段，客户端进入FIN_WAIT_2状态。
服务器发送FIN
- 服务器发送FIN报文段（FIN比特置1），客户端收到后发送ACK进行确认，并进入TIME_WAIT状态。
TIME_WAIT阶段
- 允许客户端重传ACK（若ACK丢失）。
- 典型等待时间：30秒、1分钟或2分钟。
- 等待结束后，连接正式关闭，客户端释放所有资源。

Mai Icy

计算机网络笔记9——TCP