【网络原理】TCP 协议中比较重要的一些特性（三）

淡淡的烟草味﹌ 2024-04-20 11:58 71阅读 0赞

**目录**

1、拥塞控制

2、延时应答

3、捎带应答

4、面向字节流

5、异常情况处理

5.1、其中一方出现了进程崩溃

5.2、其中一方出现关机（正常流程的关机）

5.3、其中一方出现断电（直接拔电源，也是关机，更突然的关机）

5.4、网络断开

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## 1、拥塞控制 ##

和流量控制一样，也是用来限制发送方的发送速率的。

如果当前接收方处理速度很快，但是中间的通信路径出现问题，某个地方出现了“堵车”现象，此时发送的速度再快也没有（反而发的越快丢包丢的越多）。

将中间路径的所有设备视为一个整体，如果按照某个窗口大小发送数据后出现了丢包，就视为中间路径存在拥堵，**就减少窗口大小**；没有出现丢包，就视为中间路径不存在拥堵，**就增加窗口大小**。

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> **拥塞控制的流程：**
> 
> 1.  慢启动。由于刚开始网络的拥塞情况未知，如果一上来就搞很大，可能就让原本不富裕的网络宽带雪上加霜，因此此时刚启动的传输时速率比较小，采用的窗口大小（拥塞窗口）也比较小。
> 2.  如果在慢启动环节没有出现丢包现象，此时说明网络比较通畅，就使用指数增大的方式逐步增大窗口大小。
> 3.  指数增长增长的速度非常快，因此不会一直持续，这里引入了一个“阈值”，当拥塞窗口达到阈值之后，此时指数增长就变成了“线性增长”。
> 4.  线性增长积累到一定时间后，由于传输塑速率不断增大，到达某一时刻时可能就会出现丢包，一旦出现丢包，就把拥塞窗口重置成较小的值。**以前的做法是：回到最初的“慢启动”过程，然后重新开始。**但是这个做法启动的起点太低了，平均速率不快。**现在的做法是：启动“快恢复”，设置一个新的“阈值”，回到新的阈值，然后再继续线性增长。**

## 2、延时应答 ##

也是基于滑动窗口，是要尽可能的再提高一点效率。

结合滑动窗口以及**流量控制**，通过延时应答 ack 的方式，把返回的“窗口大小”的数值变大一些，核心在于在允许的范围内，让窗口尽可能的大。**【通过修改窗口大小提升效率】**

接收方收到数据之后，不会立即返回 ack，而是等待一定时间再返回 ack，相当于给接收方的应用程序里腾出了更多的时间，来消费这里的数据，使接收缓冲区的空闲空间更大一些（因为被消费掉了），又由于流量控制中**“接收方会按照自身接收缓冲区的剩余空间大小作为 ack 中窗口大小的数值，发送方就能根据该数值调整窗口大小。”**的机制，此时返回的窗口大小就是一个相对大的值。

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前面也讨论过，滑动窗口下，如果 ack 丢了，不会有什么影响。而此处的“延时应答”也一样，可以按照“ack 丢了”的方式来处理。正常每个数据都有 ack，此时就可以**每隔几个数据或每隔一定时间**再返回一个 ack（起到延时应答的效果），减少了 ack 传输的数量，起到了节省开销的效果

## 3、捎带应答 ##

基于延时应答引入的机制，能够提升传输效率。尽可能的把能合并的数据包进行**合并**，从而提高效率。

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> 本身 ack 也不携带载荷，只要把报头中的 ack 标志位设为1，并且设置确认序号以及窗口大小，而这几个属性，response 报文本身也用不到，**因此不会产生冲突。**

在捎带应答的加持下，后续的每次传输请求响应，**都可能**触发捎带应答，都可能把接下来要传输的业务数据和上次的 ack 合二为一。（并不一定触发，主要取决于下一个数据来的时间，如果来的快就可能触发合并，来的慢就无法触发）

**因为“延时应答”和“捎带应答”，使四次挥手可能合并成“三次挥手”。**

## 4、面向字节流 ##

由于 TCP 面向字节流，会引起**“粘包问题”，粘包就类似于一段文字里没有任何标点符号，导致无法正确断句，产生非常多的歧义，**包是“TCP载荷中的应用数据包”。

由于 TCP 连接中接收方整个读取过程非常灵活，可能会使代码中无法区分出当前的数据**从哪到哪是一个完整的应用数据包**。TCP 本身不会解决“粘包问题”，需要程序员在写应用层逻辑的时候自己去进行处理。

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> 粘包问题，不是 TCP 独有的问题，只要面向字节流，都会有粘包问题。
> 
> 解决粘包问题的关键，就是“明确包之间的边界”：
> 
> **1、通过特殊符号，作为分隔符。**
> 
> **2、指定出包的长度。比如把包的开始位置加上一个长度表示数据长度。**

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## 5、异常情况处理 ##

在网络连接的过程中，接收方和发送方之间可能会因为某些原因出现严重的丢包，甚至是网络直接出现故障的情况，对于这些情况该如何处理？

### 5.1、**其中一方出现了进程崩溃** ###

进程无论是正常结束，还是异常崩溃，都会触发“四次挥手”进行回收文件资源和关闭文件（系统自动完成）。

**TCP 连接的生命周期，可以比进程更长一些**， 这就使得进程虽然已经退出，但是 TCP 连接还在，仍然可以进行“四次挥手”。（虽然说是异常崩溃，实际上和正常的四次挥手结束流程，没有什么区别，进程不在了就通过系统中仍然持有的连接信息，完成后续的挥手流程）

### **5.2、其中一方出现关机（正常流程的关机）** ###

当一个主机触发关机操作，就会先强制终止所有的进程（类似于上述的进程崩溃，对进程进行强杀操作）

那么根据 情况1 可以知道，终止进程自然会触发“四次挥手”。

而与 情况1 不同的是，虽然进程会自动触发“四次挥手”，但是因为系统马上就关闭，四次挥手不一定能挥完。如果挥得快，能够顺利挥完，此时本端和对端都能正常删除连接信息，完成四次挥手；如果挥得慢，**至少能把第一个 fin 发送到对端**，至少能告诉对方我这边要结束了，对端收到 fin 之后，就会进入释放连接的流程，并返回 ack 和 fin，而此时对端发送的 fin 不会得到 ack 回应（因为本端关机了），没有收到 ack，势必会进行重传，当重传时间达到阈值，**就会单方面释放连接信息**。

### **5.3、其中一方出现断电（直接拔电源，也是关机，更突然的关机）** ###

如果直接断电，机器瞬间关机，此时肯定来不及发送 fin 。（突然断电的情况非常伤硬盘，尤其机械硬盘）。

**a）**断电是接收方，发送方就会突然发现没有 ack 返回了，就进行重传，几次重传后还是无回应，就会尝试**使用 TCP 中的“复位报文段”进行“复位”连接**（清楚原有 TCP 中的各种临时数据，重新连接）。

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此时发送的 RST 也不会有 ack，复位连接也不行，就会单方面放弃连接。

**b）**断电是发送方。由于接收方始终都是在阻塞等待发送方的消息，此时就需要区分，发送方是暂时没法消息，还是挂了。因此 TCP 就引入了“心跳包”概念，每隔一段时间询问对方状态，当发现对方挂了（没有心跳），则按照流程执行复位连接并单方面释放连接。

### **5.4、网络断开** ###

本质上就是 **情况3** 中的 a）和 b）的结合。

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