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【计算机基础】网络系列（二）TCP

news 2025/9/29 6:13:49

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TCP头部包含了许多关键字段，这些字段共同协作，实现了TCP的可靠传输：

序列号：一个随机初始化的数字，每发送一次数据，就累加该数据字节数的大小。这个机制解决了网络包乱序问题，确保接收方能够按正确顺序重组数据。

确认应答号：指示下一次期望收到的数据序列号，发送端收到这个确认应答后可以认为该序号之前的数据都已被正常接收。这是解决丢包问题的关键。

控制位：

TCP通过三次握手过程建立连接，确保通信双方都能正常收发数据：

第一次握手：客户端随机初始化序列号(x)，将SYN标志位设为1，发送SYN报文给服务器，进入SYN-SENT状态。
第二次握手：服务端收到SYN报文后，也随机初始化自己的序列号(y)，将确认应答号设为客户端序列号+1(x+1)，SYN和ACK标志位都设为1，发送SYN+ACK报文，进入SYN-RCVD状态。
第三次握手：客户端收到SYN+ACK报文后，发送ACK报文，确认号为服务端序列号+1(y+1)，进入ESTABLISHED状态。服务端收到ACK后也进入ESTABLISHED状态。

握手阶段可以携带数据吗？
只有第三次握手可以携带数据，前两次握手主要用于协商参数和同步序列号。

为什么需要三次握手？两次不行吗？
三次握手有两大主要目的：

防止历史重复连接初始化：假设客户端先发送序列号为100的SYN报文，但网络阻塞导致服务端未及时收到。客户端重启后发送序列号为110的新SYN报文。如果旧的SYN报文先到达，服务端会回复SYN+ACK，客户端发现确认号不对，会发送RST报文中止连接。如果是两次握手，服务端在发送SYN+ACK后就建立连接，无法阻止这种历史连接。
同步双方序列号：序列号让接收方能够去除重复数据并按序接收，这是可靠传输的基础。

SYN+ACK报文丢失怎么办？
双方都有超时重传机制。客户端未收到SYN+ACK会重传SYN，服务端未收到第三次ACK会重传SYN+ACK。

服务端收到SYN请求后，内核将连接存储到半连接队列（SYN队列），回复SYN+ACK。收到第三次握手的ACK后，内核将连接移入全连接队列（accept队列），等待应用程序通过accept函数取出使用。

大量SYN包发送会导致什么？
可能导致TCP半连接队列满，后续SYN报文被丢弃，无法建立新连接。

防护措施：

为什么需要TIME_WAIT？
主要目的是确保最后的ACK报文能够到达对方。如果被动关闭方没有收到ACK，会重发FIN报文，TIME_WAIT状态确保有足够时间处理这种重传。

MSL与TTL的关系：

TCP的可靠传输依赖于多个协同工作的机制：

拥塞控制通过拥塞窗口（cwnd） 动态调整发送速率，包含四个核心算法：

滑动窗口实现流量控制，根据接收方缓冲区容量动态调整：

接收窗口(rwnd)：接收方告知发送方可用缓冲区大小；

发送窗口(swnd)：min(拥塞窗口, 接收窗口)；

允许发送方在等待确认时继续发送窗口内的数据，提高带宽利用率。