java网络原理3

TCP协议核心机制详解

 

一、确认应答

 

确认应答是TCP实现可靠传输的核心机制之一。发送方发送数据后，接收方会对收到的数据进行确认，并返回确认应答（ACK）给发送方。发送方只有收到ACK，才认为数据已成功被接收方接收。例如，主机A向主机B发送数据段1 - 1000，主机B接收成功后，会向主机A发送确认应答，告知下一个期望接收的数据序号（如1001） ，以此确保数据按序到达且不丢失。

 

二、超时重传

 

当发送方发送数据后，若在一定时间内未收到接收方的确认应答，就会认为数据传输失败，进而重新发送该数据。这个等待的时间称为超时时间。比如网络出现拥塞，导致数据在传输过程中延迟或丢失，接收方无法及时返回ACK，发送方超时后就会重传数据，保证数据最终能被正确接收。

 

三、连接管理

 

- 三次握手建立连接：这是TCP建立连接的必要过程。第一次握手，客户端向服务器发送一个SYN包，请求建立连接；第二次握手，服务器收到SYN包后，回复一个SYN + ACK包，表示同意建立连接并确认客户端的请求；第三次握手，客户端收到SYN + ACK包后，再发送一个ACK包给服务器，至此连接建立成功。通过三次握手，能确保双方都具备发送和接收数据的能力，且能避免旧的连接请求干扰新连接。

- 四次挥手断开连接：通常是四次挥手来断开连接。客户端先发送一个FIN包，请求关闭连接；服务器收到FIN包后，回复一个ACK包，此时服务器还能继续向客户端发送数据；当服务器数据发送完毕，再发送一个FIN包给客户端；客户端收到服务器的FIN包后，回复一个ACK包，连接正式断开。但在某些情况下，可能会出现三次挥手的情况。

 

四、滑动窗口

 

- 原理：滑动窗口是一种提高TCP传输效率的机制。发送方和接收方都维护一个窗口，窗口大小表示在未收到确认应答的情况下，发送方可以连续发送的数据量。窗口越大，传输速度越快，但过大也会影响可靠性。接收方根据自身处理能力，通过调整窗口大小来控制发送方的发送速度，比如接收方处理能力有限时，会减小窗口大小，让发送方放慢发送速度。

- 效率提升与丢包处理：发送方可以批量发送数据，等收到一定数量的ACK后再继续发送，提高了传输效率。当出现丢包情况时，如果只是ACK丢包，在滑动窗口机制下，不需要做任何处理，因为ACK的确认序号表示该序号前的所有数据都已收到；如果是数据包丢包，后续的ACK会涵盖之前的确认，最终仍靠超时重传来解决。

 

五、流量控制

 

流量控制是基于接收方的处理能力，对发送方的发送速度进行限制。接收方通过告知发送方自己接收缓冲区剩余空间大小（即窗口大小）来控制发送方。例如，接收方应用程序调用read操作从接收缓冲区读取数据的速度，就代表了接收方的处理能力。如果发送方发送速度过快，接收方处理不过来，数据就会在接收缓冲区堆积，甚至导致数据被丢弃，所以需要流量控制来协调双方的传输速率。

 

六、拥塞控制

 

- 机制过程：

- 慢启动：初始情况下，窗口大小非常小，因为刚开始网络的畅通情况是未知的。随着数据的正常传输且不丢包，窗口大小按照指数方式增长，在短时间内快速提升窗口大小。

- 指数增长到线性增长转换：当窗口指数增长到一定程度（达到阈值） ，为防止窗口增长过快超出网络承载能力，增长方式变为线性增长。

- 丢包处理：当网络出现拥塞导致丢包时，窗口大小会大幅减小。一种处理方式是回到最初慢启动窗口大小，然后重复指数增长/线性增长的过程；另一种是重新计算阈值（丢包时窗口大小 / 2） ，从阈值开始作为新的拥塞窗口，继续线性增长，这种方式能使TCP的传输效率更稳定，避免大起大落。

 

七、学习与求职建议

 

- 学习资源：推荐学习《图解TCP/IP》和《图解HTTP》这类书籍，获取知识的途径可以是购买电子版或去图书馆借阅。在学校学习时，可利用上课时间，若老师管得不严，可自带电脑敲代码；若不允许带电脑，也可看书学习。学校宿舍不是理想的学习场所，可利用课余时间去图书馆等安静地方学习。

- 求职相关：对于就业来说，软考证书对找工作作用不大，考过了可写在简历上，但面试官不会因有无此证书改变看法。二级证书对于找工作是减分项，不建议写在简历上。企业比较认可的证书有ACM（认可度高但门槛高） 、蓝桥杯（含金量不如ACM，但目前认可度较高，尤其是国奖） 、大创（国奖） 。实习经历对就业非常重要，尤其是对于学院类学校的同学，是提升竞争力的性价比高的方式，在公司实习能大幅提升技术能力和综合素质。