【剧前爆米花--爪哇岛寻宝】TCP实现可靠性的方法以及连接相关的三次握手四次挥手

作者：困了电视剧

专栏：《JavaEE初阶》

文章分布：这是一篇关于网络编程的文章，在这篇文章中我会具体介绍TCP是如何实现可靠性的并且分析建立断开连接的情况，希望对你有所帮助！

可靠性

确认应答

超时重传机制

连接管理

三次握手

四次挥手

可靠性

TCP协议具有有连接，可靠传输，面向字节流，全双工的特性，其中可靠传输是TCP存在的初心，是其最核心的机制。TCP实现可靠性是确认应答+超时重传，TCP的可靠传输主要通过以下几个方面进行实现。

这是一个TCP协议段格式，接下来我将对这个格式中的每一个元素进行分析。

确认应答

确认应答是实现可靠性的最核心机制，现在有这样一个情景，我在微信上给朋友发消息，第一个消息是“晚上出不出去吃饭”，朋友回答“好的”，我接着又发了第二个消息“我最近手头有点紧，借点钱”，朋友回答“不行”，此时朋友给我的回答就是应答报文（ACK报文），但是信息在通信的时候会不会出现这样一种情况，就是朋友发给我的两次应答报文顺序弄错了，即当我出去吃饭朋友回答不行，当我借钱的时候朋友说好的，这显然是会造成巨大的误会的。

为了避免这种情况，TCP就进行了编号，注意：由于在TCP的严重并没有“一条消息”，“两条消息”的概念，所以TCP就对每一个字节进行编号，具体如图：

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每一个 ACK 都带有对应的确认序列号，意思是告诉发送者，我已经收到了哪些数据；下一次你从哪里开始发。

超时重传机制

在一段网络通信的过程中，信息的传输需要经过许多个节点，如果中间的任何一个节点出现问题都会导致这个数据报的丢失，进而无法传输，这就是所谓的丢包，如果包丢了，接收方就收不到相关的数据了，自然也不会返回ACK。

不会返回ACK就这样一直等待下去吗，当然不会，TCP引入了超时重传的机制，如果发送方迟迟拿不到应答报文，在等待一段时间后就视为刚才的数据丢包了就会在重新发送一遍。

发送方对于丢包的判定，是一定时间内，没有收到ACK，那么此时就有两种情况了：

第一：发送方的数据丢包了，接收方没有收到自然不会有ACK。

第二：发送发的数据没有丢包，但是接收方收到数据过后发送的ACK丢包了，这样也会导致发送方触发超时重传机制，这时有人就会问了，如果是这种方式触发的，那接收方不就会收到了两份数据吗？这样的话，不也就造成了错乱了吗？

确实，在这种情况下接收方确实会收到两份数据，不过TCP非常贴心的帮我们处理好了这个问题，它会在接收缓冲区中根据收到的数据的序号，自动去重，保证了应用程序读到的数据只有一份。

拓：重传的数据会不会也发生丢包呢？答案是当然会，那此时的TCP又是怎样进行处理的呢？如果连续发多个数据都丢失，那说明当前丢包的概率已经非常大了，可能是50%以上了，当丢包率达到这个数据的时候表明网络此时很大概率出现了故障，所以TCP的处理思路就是，继续超时重传，但是每丢包一次，超时等待的时间都会变长（重传的频率降低了），因为此时TCP可能会觉得是网络出现了问题，如果连续很多次重传都无法得到ACK，那么此时的TCP就会尝试重新连接，如果重连也失效，TCP就会关闭连接放弃网络通信了。

连接管理

TCP建立连接：三次握手。TCP断开连接：四次挥手。

三次握手

握手指的是通信双方，进行一次网络交互，相当于客户端和服务器之间，通过三次交互，建立了连接关系，即双方各自记录对方的信息。

syn称为同步报文段，意思是一方要向另一方，申请建立连接，首先客户端发送一个申请，服务端接受后回复一个应答报文，然后也发一个申请（可以理解为建立连接是双方的事情，所以需要共同同意），客户端收到这个申请后，再返回一个应答报文，完成连接的建立。

如何区分syn报文和ack等报文呢？观察TCP报头结构：

这时可能有人会问了，这不是四次交互过程吗，为什么说是三次握手，因为syn和ack报文是能进行合并的，如果一个TCP数据报，第二位和第五位都是1，则当前这个报文是syn+ack。

为什么要进行三次握手，或者说三次握手达成了什么目标呢？

三次握手这个过程，本质上就是投石问路，验证了客户端和服务端各自的发送能力和接受能力是否正常。

首先客户端向服务端发送了一个syn报文，证明了客户端的发送能力正常，服务端接受到以后，发送ack报文和syn报文则证明了服务端的接受能力正常和发送能力正常，如果客户端的接收能力正常的话当客户端收到服务端发来的syn报文会响应一个ack报文，这些过程全部完成后，证明了双方都ok。

上述过程内核自动完成，应用程序干预不了。

从这个角度看，三次握手和可靠性也是有关系的，但是肯定没有确认应答和超时重传更重要。