tcpip协议简介（TCP/IP协议）
✏️作者：银河罐头
📋系列专栏：JavaEE🌲“种一棵树最好的时间是十年前 ，其次是现在 ”
TCP/IP协议
应用层协议
自定义应用层协议
为啥要自定义协议？当前的应用程序要解决的业务场景是错综复杂的 ，不同的公司有不同的业务 ，不同的业务有不同的流程 ，业务复杂 ，要用程序来解决这个复杂的业务 ，程序也就复杂了 。因此很难有一个通用的协议满足所有的业务需求 。
怎样进行自定义协议？1)结合需求 ，分析清楚请求响应(客户端服务器之间)要传递哪些信息
2)明确传递的信息是以什么样的格式来组织
可选的方案是很多的 。
约定好协议得格式内容之后 ，客户端就能够按照这个格式构造数据并发送 ，服务器按照这个格式解析处理 。
约定的协议的内容(传递的信息)是和业务相关性非常大的 。但是协议的数据组织的格式(传递的格式)和业务关系不大.
典型的用来组织数据的格式：
XML 标签化的数据组织格式 。使用标签来表示键值对 ，以及树形结构开始标签和结束标签需要成对出现 ，标签中间的部分就是标签的内容 ，内容可以是数字 ，字符串 ，还可以嵌套放别的标签 。
HTML 是 XML 的特殊情况
XML中标签名字叫啥都是自定义的
json上述 xml 和 json 都是按照文本的方式来组织的 ，
优点是可读性好 ，用户不需要借助其他工具 ，肉眼能看懂 。
缺点是效率不高 ，占用较多的网络带宽 。
xml 要额外传很多标签 ，json 要额外传很多的key
protobuffer (谷歌)二进制的表示数据的方式 ，针对上述的数据信息 ，通过二进制的形式进行压缩表示了 。
特点是肉眼观察不了(二进制直接用记事本打开乱码) ，但是占用空间小了 ，占用的带宽也就降低了 。
DNS
域名解析系统
域名 ，网址 。
eg：www.baidu.com
要访问网络上的服务器 ，需要 IP 地址 。IP地址不好记 ，于是就使用一些简单的字符串来表示这个地址 。
每个域名都对应了 1/N 个IP 地址 。
最原始的做法 ，是使用一个 hosts 文件
C:\Windows\System32\drivers\etc
像 hash 表一样 ，建立了 IP 和域名之间的映射关系 ，当然现在打开 hosts 文件 ，基本都是空的 ， # 表示注释
当访问某个域名的时候 ，就自动请求下 DNS 服务器 ，DNS 就会进行查询 ，将得到的结果(具体的 IP 地址)返回给你 。
如果你电脑的 DNS 服务器配置的不对 ，或者 DNS 服务器挂了 ，此时就会出现一个典型的现象：QQ 能用 ，但是网页打不开 。
当前要求网站的域名不能重复(保证唯一) 。
全世界这么多网站 ，如何保证唯一呢？一级域名 ，二级域名 ，三级域名…
pic.sogou.com
.com(公司) 一级域名 ，类似的一级域名还有 org ，cn ，us…
sogou 二级域名 ，表示 搜狗这个公司
pic 三级域名
域名分级了 ，DNS 服务器也是分级了 ，有 一级域名 的 DNS 服务器 ，还有 二级域名 ，三级域名…
一般常见的就是 三级 ，四级左右 。
www.
具体 www 算 三级还是 四级还是 五级 ，看域名具体咋写的 ，
www 是"万维网"的缩写 ，我们现在使用的这个网络就是 万维网
传输层协议
端口号
端口号：数据库 mysql 默认端口 3306 。
端口号起到的效果就是区分一个主机上的具体的应用程序 。
所以 ，同一台主机上 ，一个端口号不能被多个进程绑定 。
使用 IP 地址来区分主机 。
eg ：进程 A 绑定了 3306 ，此时进程 B 也尝试绑定 3306 ，进程 B 绑定操作就会失败 (抛异常)
端口号是传输层协议的概念 ，TCP 和 UDP 协议的报头中都会包含 源端口 和 目的端口 。
TCP 和 UDP 都是用 2 个字节 ，16 个 bit 位来表示端口号的 ，一个端口号的取值范围：0 ~ 65535
最初学习 C 语言 ，就得知道不同长度字节数表示的数据范围 。
1 个字节 ，8 bit , -128 ~ 127 128 就是 2 ^ 7, 127 就是 2 ^ 7 - 1
0 ~ 255 255 就是 2 ^ 8 - 1
2 个字节 , 16 bit, -32768 ~ 32767 32768 就是 2 ^ 15
0 ~ 65535 65535 就是 2 ^ 16 - 1
4 个字节 ，32 bit ， -21亿 ~ 21亿
0 ~ 42 亿 9 千万
但是自己写程序 ，绑定的端口号 ，得是从1024 起的 。
0 ~ 1023 这个范围的端口称为"知名端口号/具名端口号" ，这些端口号已经分配给了一些知名的广泛使用的应用程序了 。
那么我写代码就非要指定 0 ~ 1023 的端口号 ，行不行呢 ?
1.先确定你这个端口号没有被别的程序绑定
2.你有管理员权限
1023 以下的端口 ，也不是完全不能用 ，只是不建议 ，这些端口虽然被分配给了特定程序 ，但是这个程序是否在你电脑上运行着 ，电脑上是否安装了这些程序都是不一定的 。
UDP协议
UDP 的特点：无连接 ，不可靠传输 ，面向数据报 ，全双工 。
不可靠传输：没有任何安全机制 ，发送端发送数据报以后 ，如果因为网络故障该段无法发到对方 ，UDP协议层也不会 给应用层返回任何错误信息 。
UDP协议端格式UDP 协议报文结构 ，这张图 ，任何一个计算机网络的教科书上都有 ，而且都是这么画的 ，但是实际上这么画不够严谨(为了书排版方便 ，变形了)
UDP 就会把载荷数据(就是通过 UDP socket ，也就是 send 方法拿来的数据)再在前面拼装上几个字节的报头,相当于字符串拼接(此处是二进制的 ，不是文本的)
UDP 报头里包含了一些特定的属性 ，携带了一些重要的信息 。不同的协议功能不同 ，报头中的属性信息不同 。
对于 UDP 来说 ，报头 一共 8 个字节 ，分成 4 个部分(每部分 2 字节)
UDP 报文长度这个长度也是用 2 个字节表示的 ，2 个字节表示的范围是 0 ~ 65535(64 KB).
也就是说一个 UDP 数据报只能传输 64 KB 的数据 。
报文长度是整个报文的长度 ，不是载荷长度 。
如果 应用层数据报超过 64 KB ，怎么办？
方案 1: 就需要在应用层 ，通过代码的方式针对应用层数据报进行手动的分包 ，拆成多个包通过多个 UDP 数据报进行传输(本来是 send 一次 ，现在需要 send 多次了)
方案2：不用 UDP 了 ，换成 TCP(TCP 没有这样的限制)
校验和作用是验证传输的数据是否是正确的 。
网络传输 ，本质上就是光信号/电信号 ，这些可能会受到一些物理环境的影响(电场/磁场/高能射线) ，在这些干扰下可能会出现"比特翻转"的情况 。(1->0 ，0->1)
一旦数据变了 ，对于数据的含义可能是致命的 。
这种现象是客观存在的 ，不可避免 ，我们要做的就是及时识别出当前数据是否出现问题 。
校验和是针对数据内容进行一系列数学运算 ，得到一个比较短的结果(2 个字节) 。
如果数据内容一定 ，校验和结果就一定；如果数据变了 ，得到的校验和结果就变了 。
是否有这样的情况 ，假设数据传输中出错了 ，但是计算的 校验和 和之前的 校验和 恰好一样？
“要发射导弹 ” => 0xaabb
“不要发射导弹 ” => 0xaabb
这个情况理论上存在 ，工程上出现这种情况的概率极小 ，忽略不计了 。
如果内容相同 ，得到的校验和一定相同；
如果校验和相同 ，内容不一定相同(小概率事件)
实际网络传输过程中 ，往往是把数据的所有字节都参与生成校验和的运算 ，这样任何一个字节出问题就都能发现了 。
针对网络传输的数据来说 ，生成校验和的算法有很多种 。其中比较知名的有几个 。
CRC循环冗余校验 ，把数据的每个字节 ，循环往上累加 ，如果累加溢出了 ，高位就不要了 。
好酸但是校验结果不理想 ，如果数据同时变动了 2 个 bit 位 ，前一个字节少 1 后一个字节 多 1 这种 ，就会出现内容变了但是校验和没变这种情况 。
MD5MD5 不是简单的相加 ，有一系列公式来进行更加复杂的数学运算 。
MD5算法的特点：
1)定长：无论原始数据多长 ，得到的 MD5都是固定长度(4/8字节)
2)冲突概率很小：原始数据哪怕只变动一个地方 ，算出的 MD5 都会差别很大(让 MD5 值更分散了)
3)不可逆：通过原始数据计算 MD5 很容易 ，通过 MD5 还原成原始数据很难 ，理论上是不可实现的(计算极大)
MD5 的这些特点使得 MD5 作用更多了：校验和 ，作为计算 hash 值的方式 ，加密
SHA1SHA1的特点和 MD5 相同 ，区别是计算方式不同 。
TCP协议
特点是有连接 ，可靠传输 ，面向字节流 ，全双工 。
这里的可靠传输是 TCP 的内部机制 ，和编码关系不大 。
TCP协议段格式 4位首部长度TCP 报文 = TCP 报头(首部) header + TCP 载荷 payload/body
一个TCP 报头长度是可变的 ，不是像 UDP 报头固定是 8 个字节
选项option (选项) ， optional (可选的 ，可有可无的)
此处的选项是对 TCP 报文的一些属性进行解释说明的 。
首部长度描述了 TCP 报头有多长 ，选项之前的长度是固定的(20 字节) ，首部长度 - 20 = 选项长度
首部长度的单位是 4 字节 ，
如果首部长度值是 5 ，表示整个 TCP 报头长度是 20 字节 ，没有选项；
如果首部长度值是 15 ，表示整个 TCP 报头长度是 60 字节 ，选项长度是 40 字节
保留( 6 位)reserved
C 语言中 ，有一类单词 ，叫做关键字 ，除了关键字之外 ，还有一些单词 ，叫做保留字 。
保留字就是现在还没使用 ，但是保不齐以后要是用 ，所以现在这占个位置你现在先别用
咱们进行程序开发的时候 ，其中一个重点考虑的事情就是可扩展性 ，有些功能可能暂时不需要 ，保不齐未来需要
16 位检验和和 UDP 校验和同理
TCP工作机制TCP 是一个复杂的协议 ，里面有很多机制 ，这里主要讨论 TCP 提供的 10 个比较核心的机制 。
确认应答(安全机制)TCP 是可靠传输 。
可靠 ，不是说发送方 100% 能把消息发给接收方 ，而是尽可能把数据传过去 ，发送方能知道自己的消息是发过去了还是丢了 。
确认应答是实现可靠传输的最核心机制 。
举个栗子：
张三在追一个女生 ，有一天张三给女生发消息说"我请你吃饭好嘛？“女生回复他说"好啊 ” 。
当张三收到"好啊"的时候 ，说明张三发的消息已经顺利被女生看到了(没有丢包)
如果过了好久张三没收到女生的回应 ，说明丢包了(也可能是已读不回doge)
这里女生回复的"好啊"就称为"应答报文" ，也叫作 ack(acknowledge)
TCP 进行可靠性传输 ，最主要考的就是这个确认应答机制 。
A 给 B 发了个消息 ，B 收到之后就会返回一个 应答报文(ACK) ，此时 A 收到应答之后就知道刚才发的数据已经顺利到达 B 了 。
考虑更复杂的情况(发送方发多条消息)：
张三可能连续发 2 条消息 ，张三没等第 1 条消息的回应就发了第 2 条消息 。
网络上可能存在"后发先至"的情况 ，这个情况下收到消息的顺序可能是有变数的 。
由于"后发先至" ，张三先收到了"滚" ，后收到了"好啊" 。
很明显这里应答错乱导致出现歧义 。
网络中数据的"先发后至" ，两个主机之间 ，路线存在多条 ，数据报1和数据报2走的都是不同的路线 ，数据报1的转发路径上的交换机/路由器和数据报2也不一样 ，有的转发速率快有的转发速率慢 ，此时这2 个数据报的到达顺序可能会有变数 。
网络中的"后发先至"是客观存在的 ，因此应答报文到达的顺序也是存在变数的 ，此时就需要考虑如何规避这种顺序错乱带来的歧义 。
解决办法是给传输的数据和应答报文都进行编号 。
“后发先至 ”：
eg: 结婚时候新郎的车队可能会后发先至
32位序号/确认序号引入序号之后就不怕顺序错乱了 ，即使顺序上乱了 ，也可以通过序号来区分当前应答报文是针对哪个数据进行的 。
任何一条数据(包括应答报文)都是有序号的 ，确认序号则是只有应答报文有(普通报文确认序号里的值无意义) 。
报文是否是应答报文 ，取决于6个标志位中的 ACK ，如果 ACK 这个标志位为 1 ，表示是应答报文 ，如果为 0 表示不是应答报文 。
应答报文的序号仅仅是一个身份标识 ，不需要应答 应答报文 ，要是应答 应答报文就无限套娃了…
TCP 的序号是按照字节来编写的 。
这一条数据是 1000 个字节 ，假设是从 1 开始编号 ，此时第一个字节序号就是 1 ，第 2 个字节序号就是 2…但是由于这 1000 个字节都属于同一个 TCP 报文 ，TCP 报头里就只记录当前的第1 个字节的序号 ，此处报头的序号写的是 1 。接下来发第 2 条数据 ，此时第 2 个TCP 数据报的第 1 个字节序号是 1001 ，如果长度是 1000 ，此时最后一个字节序号是 2000 ，这1001~2000都属于一个 TCP 数据报 ，那么这个TCP 数据报报头的序号就是 1001 。
TCP 的字节的序号是依次累加的 ，这个依次累加的过程对于后一条数据的第 1 个字节序号就是上一条数据的最后一个字节序号再加 1 。每个 TCP 数据报报头只需要填写 TCP 数据 第 1 个字节的序号即可 。
TCP 知道了第 1 个字节的序号 ，再结合报文的长度就可以知道每个字节的序号 。
确认序号的取值 ，是收到的数据的最后一个字节 + 1 。
如上图 ，确认序号写的是 1001 ，就是在 1000的基础上 +1 。
表示的含义：
< 1001的数据都已经确认收到了 。 主机 A 接下来应该从 1001 这个序号开始继续发送总结：TCP 的可靠传输 ，最主要就是通过确认应答来保证的 ，通过应答报文 ，就可以让发送方清楚地知道传输是否成功 ，进一步引入了序号和确认序号 ，针对多组数据进行区分 。
超时重传(安全机制)前面讨论确认应答 ，只是讨论了顺利传输的情况 。如果丢包了呢？
丢包 ，涉及 2 种情况：
1.发的数据丢了
2.返回的 ack 丢了
发送方看到的结果就是没有收到 ack ，不能区分是哪一种情况 。
丢包是一个概率性事件 ，通常情况下丢包的概率是很小的 ，因此如果重新发一遍这个数据还是有很大可能传输成功的 。
因此 TCP 就引入了 重传机制 。
在丢包的时候 ，重新传一遍数据 。
到底这次传输是丢包了 ，还是 ack 传的慢？
TCP 就引入了时间阈值 。
发送方发出数据后 ，就会等待 ACK ，此时开始计时 。只要超过了这个时间 ，不管是丢包了还是 ack 在路上都视为是丢包了 。
比如寒假作业 ，没带等于没写 ，虽然你写了 ，你超过了这个规定提交时间就当做没写处理 。
超时重传：超过一定时间还没响应就重新传输 。
这个超时时间具体是多少 ms ，因为这个时间是可配置的 ，不同系统上的默认值可能都存在差别 。
如果是 ack 丢了这种情况
对于主机 B 来说 ，1~1000 就收到了 2 次 ，如果你发的这个数据是一个支付请求？(寄了)
TCP 对于这种重复数据的传输 ，是有去重处理的 ，
TCP 存在一个"接收缓冲区"这样的存储空间(接收方操作系统内核里的一段内存) ，
每个 TCP socket 对象都有一个接收缓冲区(其实也有一个发送缓冲区)
主机 B 收到主机 A 的数据
其实是 B 的网卡读到数据了 ，然后把这个数据放到 B 的对应 socket 的接收缓冲区(想象成阻塞队列) ，后续应用程序使用 getInputStream ，进一步使用 read ，从接收缓冲区里读数据 。
在接收缓冲区里 ，根据数据的序号 ，TCP 很容易识别当前接收缓冲区里的这 2 条数据是否是重复的 ，如果重复就把后来的数据丢弃 ，保证 应用程序调用 read 读到的数据一定是不重复的 。
去重可以理解为是一个优先级队列 ，有序队列 。
前面说了 ，网络上传输的数据可能"后发先至", TCP 利用这个接收缓冲区 ，对收到的数据重新进行排序 ，是应用程序 read 的数据都是有序的(保证和发送顺序一致）
根据序号排序 ，序号相同就去重
eg：结婚当天新郎的车队出现"后发先至" ，然后车队都到了新娘家门口的时候要整队 ，排序
这时候我们可以利用前面提到的序列号 ，就可以很容易做到去重的效果 。
总结：由于去重和重新排序机制的存在 ，发送方只要发现 ACK 没有及时到达 ，就会重传数据 ，即使重复了 ，即使数据乱了 ，接收方都能去重和排序(依赖 TCP 报头的序号) 。
重传的数据是否可能又丢包了呢？有可能 ，超时重传可能传多次 ，如果重传好几次都没传过去 ，此时再重传意义不大了 。
从数学角度来理解：
假设一次传输丢包概率是 10% ，传输成功概率是 90%；
如果第1次传输丢包 ，第 2 次传输也丢包了 ，概率是 10% * 10% = 1%
如果 3 次都丢了 ，概率是 0.1%
连续重传都丢包 ，此时的概率原则上讲是非常低的 ，如果这个情况真的出现了 ，只能说明此时丢包概率远远不止 10% => 你当前网络出现重大故障
因此 ，重传达到一定次数时 ，就不会继续重传 ，会认为网络出现故障 。
接下来 TCP 会尝试 重置连接(相当于断开重连) ，如果重置还是失败就彻底断开连接了 。
具体重传几次 N ，也是可配置的 ，不去研究
重传的时候 ，第 1 次重传和第 2 次重传 ，超时时间间隔不一样 。一般来说 ，重传轮次越大 ，超时时间间隔就越大 。超时时间越大 ，重传频率就越低 。(因为重传次数越多 ，说明重传成功概率越低 ，此时你重传的太快也是白浪费系统资源)
总结：可靠传输是 TCP 最核心的部分 ，TCP 的可靠传输就是通过 确认应答 + 超时重传来体现的 。其中确认应答描述的是传输顺利的情况；而超时重传描述的传输出现问题的情况 。
连接管理(安全机制)什么是断开连接？
A 和 B 把自己存储的连接信息(数据结构)删除了 ，连接就断开了 。
JDBC 是基于 TCP 建立的连接
连接(Connection)
链接(Link) 快捷方式 ，比如电脑开始菜单的图标就是快捷方式 ，比如我想打开 QQ ，QQ本来是 在 C 盘某个目录里 ，我每次打开 QQ 都要到这个目录去找未免太麻烦所以就创建一个快捷方式 ，这个快捷方式就是一个文件 ，这个文件里保存了这个可执行文件的真实路径
管理：
就是描述了连接如何创建 ，如何断开 。
TCP 三次握手和四次挥手
滑动窗口(效率机制)确认应答 ，超时重传 ，连接管理 ，都是给 TCP 可靠性提供的支持 。
引入了可靠性 ，也付出了相应的"代价"(传输效率)
可靠性和效率是冲突的 。
因此 UDP 虽然没有 可靠性 ，但是传输效率比 TCP 高
所以 TCP 在竭尽可能的提高传输效率(本质上是补救措施) 。再怎么提高 ，也不可能比 UDP 这种不考虑可靠性的效率高 。
滑动窗口本质上是降低了确认应答 ，等待 ACK 消耗的时间 。
在进行 IO 操作的时候 ，其实时间成本主要是 2 个部分：
1.等2.数据传输(数据拷贝)
大多数情况下 ，IO 操作消耗的时间大部分在"等"上面
举个栗子：
放寒假从学校回家 ，如果两地比较远 ，坐飞机回家的情况下 。真正坐飞机的时间很短 ，但是因为机场一般离市区很远 ，从学校到机场要花时间 ，到了机场后换登机牌 、托运行李 、安检 、候机又要花上不少时间 ，飞机到达目的地 ，取行李 ，从机场到家里又要花上不少时间 。
这里真正坐飞机的时间就相当于 数据传输的时间 ，较短 。
而其他花在路上的时间 ，等待时间 ，比较长 。
具体怎么缩短？
批量发送 ，批量等待 ，把多份等待时间合并成一份 。滑动窗口的本质就是不等待的批量发送一组数据 ，然后使用一份等待时间来等待一组数据的多个 ack 。
举个例子：
我打算去买肉夹馍 ，炒饭 ，烤肠 。
方案一：先去买肉夹馍 ，肉夹馍做好了 ，再去买炒饭 ，炒饭做好了 ，再去买烤肠 。
方案二：先去买肉夹馍 ，不等了立即去买炒饭 ，也不等立即去买烤肠 。
方案一就是用了 3 份等待时间 ，而方案二只用了 1 份等待时间
把不需要等待 ，就能直接发送数据的最大的量 ，叫做"窗口大小" 。上面第 2张图里"窗口大小"就是 4000 。
当批量发送了 窗口大小的这些数据之后 ，发送方就要等待 ack 了 。
啥时候往下发送？等待啥时候结束？不是说等所有的 ack 都到达才往下发 ，而是收到一条 ack 就往下发 1 条 。(这样就让我们等待的 ack 始终都是 4 条)
在上述情况下 ，如果丢包了咋办？
ack 丢了上述丢包重传的机制 ，叫做 “快速重传 ”(重传操作只重传了丢失的数据)
这个可以视为是 超时重传 机制在滑动窗口下的变形 。
如果当前传输数据密集 ，按照滑动窗口的方式传输 ，此时就按照快速重传来处理丢包；
如果当前传输数据稀疏 ，不再按照滑动窗口的方式传输 ，此时就按照之前的超时重传来处理丢包 。
流量控制(安全机制)是一种干预发送的窗口大小的机制 。
滑动窗口 ，窗口越大 ，传输效率越高(一份时间等的 ack 越多) 。
但是窗口也不能无限大
1.完全不等 ack ， 可靠性难以保证
2.窗口太大也会消耗大量的系统资源
3.发送速度太快 ，接收方接收不过来 ，发了也白发 ，接收缓冲区有上限 。
接收方的处理能力 ，是一个重要的约束依据 。发送方发的速度不能超过接收方的处理能力 。
流量控制就是 ，根据接收方的处理能力 ，来协调发送方的发送速率 。
如何衡量接收方的处理能力？
一个量化的方法：计算接收方一秒钟能处理多少个字节…(这种方式实现起来有些困难)
更简单的办法：
直接看接收方接收缓冲区里剩余空间的大小 。
每次 A 给 B 发了个数据 ，B 就需要算一下缓存区里剩余空间 ，然后把这个值 ，通过 ack 报文返回给 A 。
A 就根据这个值来决定接下来发送的速率是多少(窗口大小是多少)
窗口大小 16 位 ，是否意味着 ，窗口大小最大是 16 kb ？不是！
TCP 为了让窗口更大 ，在选项部分引入了窗口扩展因子 。
比如窗口大小已经是 64 kb ，扩展因子里写了个 2 ，意思就是让 64 kb << 2 = 256kb
由于接收方缓存区剩余空间是一直在动态变化的 ，所以每次返回 ack 带的窗口大小都在变化 ，发送方也要进行动态调整 。
当窗口大小为0 ，发送方就要暂停发送 。暂停发送的等待过程中 ，会给 B 定期发送窗口探测报文 ，这个报文不携带具体的业务数据 ，只是为了触发 ack 查询窗口大小 。
拥塞控制(安全机制)流量控制和拥塞控制共同决定发送方的窗口大小是多少 。
流量控制考虑的是接收方的处理能力 。
拥塞控制描述的是传输过程中中间节点的处理能力 。
木桶效应：一只水桶能装多少水取决于它最短的那块木板 。
接收方的处理能力 ，好量化衡量 。但是中间节点不好衡量 。
设计 TCP 的大佬们 ，想出了一个相当 天才的办法 ，
既然不好直接量化 ，那么可以通过"实验"的方式 ，来测试出一个合适的量
拥塞窗口不是固定数值 ，而是一直动态变化的 。随着时间的推移 ，逐渐到达一个动态平衡的过程 。
这样既能够把问题解决 ，同时也能随着网络的动态变化而动态变化 。
拥塞窗口和流量控制窗口 ，共同决定了发送方实际的发送窗口 。(取拥塞窗口和流量控制窗口的较小值)
延时应答(效率机制)就是在 滑动窗口的基础上 ，做点别的操作 。
收到数据之后 ，不是立即返回 ack ，而是稍微等会再返回 。等待的时间里 ，接收方的应用程序就能把接收缓存区的数据给消费一些 ，此时剩余的空间就更大了 。
实际上延时应答采取的方式 ，就是在滑动窗口下 ，ack 不再每一条数据都返回了 ，比如上图是隔一条返回一个 ack 。
实际上剩余空间大小 ，既取决于发送方的发送 ，也取决于接收方的处理 。
捎带应答(效率机制)也是提高效率的一种方式 。
在延时应答的基础之上引入的捎带应答 。
服务器客户端程序 ，最典型的模型就是 ，“一问一答 ” 。业务的请求和响应 。
本来是不同时机 ，在延时应答下 ，可能成为相同时机 ，就合并了 。
而 TCP 的三次握手本身是相同时机一定会合并 ，此处是有一定概率合并 ，此处和四次挥手的合并更像 。
延时应答提高了合并的概率 。
面向字节流面向字节流 ，引入了一件麻烦事 ，
粘包问题 。举个栗子：
接收缓冲区是把刚才收到的多个数据都放到一起了 ，应用程序 read 读取的时候 ，读到哪里才算是一个完整的应用层数据报呢?
由于 TCP 是面向字节流的 ，可以一次读 1 个字节也可以一次读 N 个字节 。
这就导致一次读取的时候 ，可能读到的是半个应用层数据报 ，也可能是 1 个应用层数据报 ，还可能是多个应用层数据报 。
应用程序调用 read ，
如果 read 的是 7 个字节 ，此时正好读出的是 aaaaaaa ，这是一个完整的应用层数据报；
如果 read 的是 8 个字节 ，此时正好读出的是 aaaaaaab ，这是"一个半"的应用层数据报；
如果 read 的是 6 个字节 ，此时正好读出的是 aaaaaa ，这是半个应用层数据报 。
在 TCP 层次 ，没有在 socket api 中告诉我们要读几个字节 ，具体怎么读都是人为操作 。
期望读到的是整个的应用层数据报 ，后续才好处理 。
解决方案是 ：约定好应用层协议即可 ，尤其是明确应用层数据报和应用层数据报之间的界限 。1.约定好分隔符
2.约定每个包的长度
二选一即可 。
异常情况传输过程中出现了不可抗力 。
1.进程崩溃
2.主机关机(按照正常流程关机)
3.主机掉电
4.网线断开
1 和 2 是一类 ，3 和 4 是一类 。
1.进程崩溃：进程没了 ，对应的 PCB 没了 ，对应的 文件描述符表就释放了 ，相当于 socket.close() 。此时内核会继续完成四次挥手 ，此时仍然是一个正常断开的过程 。
2.主机关机：主机关机要先关闭进程 ，然后才正式关机 。(关闭进程的过程中 ，也和上面一样触发四次挥手)
3.主机掉电：显然是来不及挥手了 。
假设是接收方掉电了 。发送方仍然在传数据 ，发完数据要等 ack , ack 等不到…超时重传 ，再怎么重传还是收不到 ack 。重传几次还没有应答 ，尝试重置 TCP 连接 ，(复位报文段…RST) 。显然这个重置也会失败 。放弃连接 。(单方面放弃)
如果是发送方掉电 。接收方发现没有数据了 ，没数据是发送方挂了？还是发送方在组织语言要稍等会再发？接收方不知道 ，先等 。接收方需要周期性的给发送方发送一个消息(“心跳包 ”) ，确认下对方是否还工作正常 。
心跳包(保活机制)1.心跳是周期性的；
2.心跳如果没了就是挂了 。
心跳包是一个非常常见的机制 ，分布式系统中还会涉及到心跳包
心跳包来确认通信双方是否工作正常 。
4.网线断开：发送方尝试重传 ，接收方尝试发心跳包 。
TCP 是个非常复杂的协议 ，不仅仅是这 10 个特性 ，这是 TCP 比较核心的特性 。
了解 TCP 更多的特性 ，应该去翻阅 RFC 文档 ，翻阅操作系统内核源码
RFC 9293: Transmission Control Protocol (TCP) (ietf.org)
UDP 和 TCP 对比
TCP 的优势在于 ，可靠传输 ，绝大部分场景中 ，都需要可靠传输 。
UDP 优势在于 ，更高效率 ，如果某些场景对于性能要求更苛刻 。
同一个机房内部 ，服务器之间通信 。网络结构相对简单 ，网络带宽比较充裕 ，转发设备也是比较好的设备 。整体丢包的可能性比较小 。
UDP 还有一个优势 ，天然支持广播 。
IP 地址中有一种特殊的地址 ，“广播 IP ”
通过 UDP 往广播 IP 上发送数据 ，此时该局域网内所有的设备都能够收到数据 。
传输层的协议并非只有这 2 个 。除了 TCP ，UDP 之外 ，还有一些其他的传输层协议 。有的传输层协议 ，属于能够专门为游戏场景量身打造的(可靠性 + 效率) , 典型的协议 ，以 KCP 为代表的一系列协议 。
网络层协议
在复杂的网络环境中确定一个合适的路径 。
1.地址管理
快递系统要想要建立起来 ，就需要把世界上的地址能够以一定的规范定义出来 。
2.路由选择
规划路径
网络层的代表 ，IP协议 。
IP协议
IP协议报头格式如下：
IPv4协议(v4 版本的意思)
4 位版本此处的取值只有 2 个 。4 或 6 。
IPv4 ，IPv6
4 位首部长度描述了 IP 报头多长(IP 报头是变长的)
此处的单位也是 4 字节 。
IP 报头有一个选项部分 ，是变长的 ，是可有可无的 。
8 位服务类型(TOS)说是 8 位 ，实际上只有 4 位有效 ，这 4 位中只有 1 位可以是 1 ，其他的都是 0 。
4 位就表示 IP 协议的四种形态/4 种工作模式 。
最小延时 ，最大吞吐量 ，最高可靠性 ，最小成本 。
最小延时 ，包裹会最快速度送达 。
最大吞吐量 ，单位时间内你可以送更多的包裹 。
最高可靠性 ，包裹丢的概率是最小的 。(和 TCP 的可靠性不是一个概念)
最小成本 ，让运费最低 。
实际开发中就可以根据需要 ，来切换 IP 的模式 ，来达到最优的效果 。
16位总长度(字节数)描述了一个 IP 数据报的长度 。(头 + 载荷)
这个长度减去 IP 报头长度 ，剩下的就是载荷长度 ，就是一个完整的 TCP/UDP 数据报长度 。
16 位总长度 ，是否意味着一个 IP 数据报 ，最多只能支持 64 KB？确实有这个限制 ，但是 IP 自身就支持对 包的拆分和组装 。
举个栗子：
在淘宝上买了个床 ，快递公司怎么运？把床拆开 ，以散件的形式发过来 ，送到了家里 ，有师傅上门组装 。
一个 IP 数据报携带的数据载荷太大了 ，超过了 64KB ，就会在网络层针对数据进行拆分 ，把一个数据拆分成多个IP 数据报 ，再分别发送 ，接收方再重新组装 。
比如 ，发送方：把 100KB 的数据交给传输层(封装) ，传输层交给网络层(封装) ，网络层就把这个 100KB 的数据拆包 ，比如拆成两份 64KB + 36KB 。这两份再交给数据链路层 ，由以太网分装成两个数据帧 。接收方：数据链路层针对两个数据帧进行分用 ，得到两个 IP 数据包交给网络层 ，网络层针对这俩 IP 数据包进行解析 ，把里面的载荷拼成一个 ，交给传输层
此处说是 64 KB ，实际上 IP 协议拆包不一定就按照64 KB为单位进行拆分 ，实际的单位往往更小(取决于数据链路层的情况)
8位生存时间(TTL)一个数据包在网络上能够传输的最大时间 。
这个时间的单位不是秒 ，而是次数
一个数据报构造出来 ，会有一个初始的 TTL 数值(比如32或者64或者128)这个包每次经过一个路由器转发 TTL - 1 ，如果一直减到 0 了 ，还没有到达目标 ，此时就认为这个报永远都到不了了 ，就可以丢弃了 。
8 位协议描述了当前载荷部分内容是属于哪个协议的(TCP/UDP)
16 位首部检验和此处只需要针对首部进行检验 。
载荷部分(TCP/UDP数据报)自身已经有校验和了 。
如果校验和不一致 ，直接丢弃
32 位源 IP 地址
32 位目的 IP 地址
此处看到的 IP 地址是 32 位的整数 ，
而日常见到的 IP 则是一串数字 ， eg：111.183.72.219
点分十进制：使用 3 个"."把32位四个字节的数字给分隔开 ，分成四个部分 ，每个部分分别使用0 - 255 十进制整数表示 。
地址 ，期望每个设备都不相同 ，但是32位数字只能表示42亿9千万个数字.
期望使用这个表示全世界上所有的上网设备 。(智能手机 ，PC ，服务器 ，路由器 ，其他杂七杂八的网络设备 ，物联网)
为了解决IP地址不够用的问题 ，想了很多办法 。动态分配IP地址 ，此时就可以省下一批 IP 地址 ，这个方案没有从根本上增加 IP 地址 ，只是提高了利用率 。
NAT 网络地址转换 。本质是使用一个 IP 代表一批设备 ，也能够大大提高 IP 地址的利用率 。使用端口号区分 。
在NAT的背景下 ，就把 IP 地址分成两个大类：
1)内网 IP (私有 IP) 10.* 172.16.* - 172.31.* 192.168.*
2)外网 IP (公网IP) 剩下的是公网 IP
NAT要求 ，公网 IP 必须是唯一的 。私网 IP 可以在不同的局域网中重复出现 。
如果某个私网里的设备想访问公网设备 ，就需要对应的 NAT 设备(路由器) ，把 IP 地址进行映射 ，从而完成网络访问 。
反之 ，公网的设备 ，无法直接访问私网的设备 。不同局域网的私网的设备没法直接相互访问 。
cmd - ipconfig
内网 IP 只要在局域网内部不重复即可 ，不同局域网中则是允许重复的 。
111.183.72.219 这是一个外网 IP
这些接入运营商路由器的电脑去访问外部服务器 ，都会被路由器替换成路由器自己的外网 IP 。
此时只要这个电脑是经过运营商路由器转发给服务器 ，服务器看到的源 IP 就都一样 ，如果是多个电脑同时访问同一个服务器 ，服务器的响应就会先发给路由器 ，路由器根据这些电脑不同的端口号来区分 ，决定发给哪个设备 。
因此 ，服务器能拿到的只是路由器的 IP 不能拿到我电脑的内网 IP ，如果我电脑不主动和服务器联系 ，服务器就不知道我的端口 ，从而无法主动找到我 。
NAT机制能够有效的解决 IP 不够用的问题 ，但是带来的副作用就是网络环境更加复杂了 。
IPv6 : 根本上解决了IP不够用的问题 。使用16字节表示IP地址 ，128位 。
16字节表示的地址的个数：(42亿)^4
IPv6 虽然看起来非常好 ，但是世界上仍然是以 NAT + IPv4 + 动态分配来进行网络组建的 ，真正使用 IPv6的地方非常非常少 。
因为 IPv6 贵 ，IPv6和IPv4不兼容 ，如果你想要支持IPv6 ，就需要更换路由器等网络设备 ，花钱 ，这个钱花的就没啥收益 。因此大家都不愿意去升级 。
IPv6 中国已经普及80% ，背后原因
地址管理IP地址分为两个部分 ，网络号和主机号 。
网络号：标识网段 ，保证相互连接的两个网段具有不同的标识；
主机号：标识主机 ，同一网段内 ，主机之间具有相同的网络号 ，但是必须有不同的主机号 。
一个 IP 地址前面从哪儿到哪儿是网络号 ，后面从哪儿到哪儿是主机号 ，分界线是怎么定的？有一个单独的概念 ，
子网掩码
网络号不一定就是前三个字节 ，都是可以调整变化的 。
此处的 255.255.255.0 就是子网掩码 。
32位
1111 1111 1111 1111 1111 1111 0000 0000
左侧都是 1 ，右侧都是 0 ，1的部分就描述了 IP 有多少位是网络号 。
对于家用设备来说 ，子网掩码最常见的就是 255.255.255.0
将IP地址中的主机地址全部设为0 ，就成为了网络号 ，代表这个局域网；192.168.0.0
将IP地址中的主机地址全部设为1 ，就成为了广播地址 ，用于给同一个链路中相互连接的所有 主机发送数据包;(192.168.0.255 使用udp往这个地址上发数据报,整个局域网所有设备都能收到)
127.*的IP地址用于本机环回（loop back）测试 ，通常是127.0.0.1
主机号为 1 ，比如 192.168.0.1 通常是"网关 IP"(不绝对 ，都可以配置)
将 IP 地址和子网掩码进行“按位与 ”操作（二进制相同位 ，与操作 ，两个都是1结果为1 ，否则为0） ，得到的结果就是网络号 。 将子网掩码二进制按位取反 ，再与 IP 地址位与计算 ，得到的就是主机号 。
路由选择路由选择就是规划路径 。
相当于你使用地图导航一下 ，由于网络环境非常复杂 ，任何一个节点(路由器)都是无法感知到网络环境的全貌 。一个路由器 ，最多只认识它的一些"邻居"或者"邻居"的"邻居" ，进行一个比较长的路径的转发就比较麻烦 ，需要一边走一边问 。
路由选择 ，核心思路是"问路" 。每个路由器都会保存一定的周围设备的信息(路由表) ，每次有一个 IP 数据报经过 ，路由器就需要匹配路由表 ，看看接下来咋走 ，如果路由表上有匹配的项(该路由器认识路) ，直接按照要求走就行了；如果没有匹配的项 ，路由器不认识路会提供一个默认路径 ，大体方向是不会错的 ，沿着这个方向继续走 ，继续问 。
每经过一个路由器问一次 ， TTL- 1 ，如果减到零了 ，还没到说明这个包就永远都到不了了 ，这个地址没人知道了 ，就被丢弃了 。
六度空间理论：你和任何一个陌生人之间所间隔的人不会超过六个 ，也就是说 ，最多通过6个中间人你就能够认识任何一个陌生人 。
正常情况下 ，像 32 这样的 TTL 足以让我们把数据报转发给世界上任何一个地址 。
数据链路层协议
以太网
以太网帧格式 目的地址 ，源地址此处不是用 IP 地址 表示了 ，而是用 mac 地址 。
mac 地址
物理地址 。这个是和 IP 地址完全独立的另外一套地址体系 。
6 个字节 ，(比 IPv4 地址大很多)当前每个设备都会有唯一的 mac 地址 。不是动态分配的 ，而是网卡出厂的时候就被设置好了的 。
当前 IP 和 mac 是怎么相互配合的？
IP 用来描述整个传输过程的起点终点 ，mac 则是用来描述两个相邻结点的起点终点 。
类型 ARP 协议通过这个协议 ，让某个 路由器/交换机 能够认识局域网里的其他设备 。通过 ARP 协议会在 路由器/交换机 里建立出一个 表 ，这个表相当于一个 hash 表 ，能够建立出 IP 和 mac 之间的映射关系 。
MTU
MTU 是数据链路层的一个数据帧能够承载数据的最大长度 。(载荷长度)
载荷具体多长 ，和使用的物理介质有很大关系 ，也和数据链路层使用的协议有关系 。比如以太网协议 ，MTU 1500字节(这个和物理层有很大关系)
正是这个 MTU 引起了 IP 协议拆包组包 ，IP 协议的分包组包通常不是根据 这个 IP 最大长度 64KB 来分的 。大概率情况下 ，MTU 比 64 KB 小 。
创心域SEO版权声明：以上内容作者已申请原创保护，未经允许不得转载，侵权必究！授权事宜、对本内容有异议或投诉，敬请联系网站管理员，我们将尽快回复您，谢谢合作！