TCP编程实践小结1

说起TCP/IP协议，大家估计都能说出个一二，但是估计很少有人能够深入的理解这个协议，原因有这么几个：

1. 协议本身确实复杂
2. 入门教材没选对，太抽象了，导致大家浅尝辄止
3. 学习过程中如果没有配合实践理解，过段时间也忘记了。

所以本篇文章的用意就是通过理论和实践的结合，加深大家对TCP协议的理解，更好的应用TCP来编写客户端和服务端。

TCP理论介绍

说到入门教材我比较推荐《图解TCP/IP》,本节内容也是在这本书的理论基础上结合自己的理解构成。
首先 TCP位于七层协议中的传输层。

TCP通信简单的说是类似这样的。

TCP协议是构建在网络层的IP协议之上的面向连接的、可靠的流协议。

TCP如何保证可靠性？

推荐使用WireShark抓包来学习TCP协议的特点，推荐一篇教程。由于HTTP协议是构建TCP协议之上的，所以可以用Wireshark对你的上网过程进行抓包，来观察TCP协议的流程和特性。

连接管理（三次握手）

上图是在HTTP GET之前，先经过了TCP的三次握手。
192.168.5.81 ——》 191.0.0.1 SYN（发起连接）
191.0.0.1 ——》 192.168.5.81 ACK（对192.168.5.81 的SYN的确认）＋SYN（发起连接）
192.168.5.81 ——》 191.0.0.1 ACK（对191.0.0.1 的SYN的确认）

通过序列号与确认应答提高可靠性。

红圈部分是做个示例，TCP中的每一包数据都包含着自身的数据序列号（Sequence Number），以及已收到对方数据的确认号（Acknowledgement Number）。
以下是TCP的报文头定义，方便对照WireShark查看。

假如某包数据发送之后，迟迟未受到对方确认，则会进行超时重发。
假如重发一定次数之后，还是没有任何确认应答返回，就会判断网络或对端主机发生异常，强制关闭连接。
通过以上这个机制就可以保证数据不会存在丢包、顺序混乱的问题。

TCP以段为单位发送数据

参考Wireshark的截图，第一包数据中有个属性 MSS＝1460（Maximum Segment Size最大消息长度，也就是所谓的“段”）。
以太网标准MSS是1460，同时两端的主机在发出建立连接的请求时会在TCP首部写入MSS选项，告诉对方自己的接口能够适应的MSS的大小。然后会在两者之间选择一个较小的值投入使用。

利用窗口控制提高速度 和 拥塞控制

TCP以段为单位收发数据，如果每发一个段都要进行确认的话效率有点低，于是TCP引入了窗口的概念。
窗口的大小就是指无需等待确认应答而可以继续发送数据的最大值。
在通信刚开始的时候窗口大小一般为1个段，后续随着通信的正常进行，窗口会变大，这叫做拥塞控制，主要是防止网络拥堵。因为计算机网络处在一个共享的环境中，如果大家一开始都采用最大量数据发送可能导致网络瘫痪。
下图红圈是每一个窗口确认的过程，可以看出来窗口是持续增大的。

流控制

TCP的流控制的意思就是通信双方会协商好传输数据的速度，否则一方数据发送太快，另一方数据处理能力有限就会导致数据丢弃，从而造成流量的浪费。
接收主机将自己可以接受的缓冲区大小放入到TCP首部字段通知给发送端。这个字段越大，说明网络的吞吐量越大。

OK，以上是TCP的一些基本概念和特性，讲的比较浅，算是自己的一个总结，说多了也不容易记住。
本篇文章先到这里，下一篇再介绍Socket API及其相关使用问题。