深入解析 TCP：可靠传输的基石

目录

TCP到底是什么？

TCP 的核心特点

TCP 三次握手：连接建立过程

更通俗易懂的可以理解为：

 为什么要三次握手？

TCP 四次挥手：连接释放过程

更通俗易懂的理解为：

为什么需要 TIME_WAIT？

TCP 可靠性机制

TCP 拥塞控制

TCP vs UDP 对比

你有没有想过，当你刷微博、看视频、玩游戏时，数据是如何稳定地从服务器传输到你的设备上的？这背后有个关键角色——TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）！

TCP到底是什么？

在网络通信中，TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）是一种面向连接、可靠传输的协议，就像是一名“可靠的快递员”，确保数据包能够完整、按顺序地送达目的地，不丢失、不重复。广泛应用于Web、文件传输等场景。本文将深入探讨TCP的关键机制。

TCP 的核心特点

面向连接：通信前必须先建立连接（三次握手），通信结束时需释放连接（四次挥手）。
可靠传输：TCP 通过序列号、确认机制保证数据完整性，并通过重传机制防止丢包。
流量控制：使用滑动窗口防止发送方数据过快，导致接收方处理不过来。
拥塞控制：采用慢启动、拥塞避免、快速重传、快速恢复等算法，提高传输效率。

TCP 三次握手：连接建立过程

在 TCP 连接建立时，客户端与服务器需要进行 三次握手（3-Way Handshake）：

第一步（SYN）：客户端向服务器发送 SYN（Synchronize）包，请求建立连接，并携带初始序列号 seq = x。
第二步（SYN + ACK）：服务器收到 SYN 后，发送 SYN + ACK 响应，分配缓存，并告知自己的初始序列号 seq = y。
第三步（ACK）：客户端收到服务器的 SYN + ACK 后，返回 ACK 确认，连接正式建立。

更通俗易懂的可以理解为：

客户端：“你好，我想建立连接！”（SYN）
服务器：“我收到了，可以连接！”（SYN+ACK）
客户端：“好的，正式开始！”（ACK）
连接建立，数据传输开始！

 为什么要三次握手？

防止历史连接影响：若是两次握手，可能会误响应延迟的 SYN 包，导致建立错误连接。确保双方的接收与发送能力正常。

TCP 四次挥手：连接释放过程

当通信结束时，TCP 需要 四次挥手（4-Way Handshake）来保证双方数据都正确传输完毕：

第一步（FIN）：客户端发送 FIN（Finish）请求关闭连接。
第二步（ACK）：服务器收到 FIN 后，返回 ACK，表示“我知道你要断开了”。
第三步（FIN）：服务器数据处理完后，发送 FIN，准备断开连接。
第四步（ACK）：客户端收到 FIN 后，发送 ACK 并进入 TIME_WAIT 状态，等待一段时间后真正关闭连接。

更通俗易懂的理解为：

A：“我要断开了！”（FIN）
B：“收到，但我还有点东西要处理。”（ACK）
B：“我处理完了，也要断开了！”（FIN）
A：“收到，正式断开！”（ACK）
连接关闭，安全退出！

为什么需要 TIME_WAIT？

确保最后的 ACK 能够被服务器接收，避免服务器误以为连接未完全关闭。允许旧数据包在网络中消失，防止新连接受到影响。

TCP 可靠性机制

序列号（Sequence Number）与确认号（ACK Number）

• 发送方每个数据包都有序列号，接收方通过 ACK 号确认已接收的数据。

超时重传机制

• 若发送方在一定时间内未收到 ACK，则重新发送数据。

• 超时时间（RTO）通常由 RTT（往返时间）动态计算。

快速重传

• 若接收方发现数据包丢失，会重复发送 ACK（如 3 次 ACK 相同），发送方立即重传，而不等待超时。

TCP 拥塞控制

CP 拥塞控制采用 四种算法 防止网络拥堵：

1. 慢启动（Slow Start）

• 初始发送窗口小，每次收到 ACK 后指数增长，快速发现带宽上限。

2. 拥塞避免（Congestion Avoidance）

• 当网络接近饱和时，窗口线性增长，避免过载。

3. 快速重传（Fast Retransmit）

• 触发 3 次重复 ACK 后，立即重传丢失的数据包。

4. 快速恢复（Fast Recovery）

• 避免窗口回到初始值，维持一定速率，减少吞吐量下降。

TCP vs UDP 对比