前言
这里在前言简单了解一下应用层重点协议：
1.NAT： 把局域网ip转换为公网ip（路由器中的技术）
2.NAPT： 把局域网主机ip+port转换为路由器公网ip+port（路由器中的技术）
一、TCP协议段格式
二、TCP协议的特点
TCP，即Tranamission Control Protocol（传输控制协议），传输层协议
流套接字：使用传输层TCP协议
以下为TCP的特点（细节后续会写到）：
- 有连接
- 可靠传输：网络数据传输的方式，是一跳一跳的经过路途中的网络设备，就可能发生数据丢失
- 面向字节流：可以多次的收发数据（连接没有关闭时，可以多次的接收数据，也可以多次的发送数据）
- 有接收缓冲区，也有发送缓冲区：后续学习确认应答机制，超时重传机制，都会使用/依赖这两个缓冲区。缓冲区：发送数据时，是先写到发送缓冲区（write），再刷新缓冲区（flush）；接收数据时，也是先由接收缓冲区来保存数据，然后交给程序
- 大小不限：因为可以多次收发，且每次收发都可以很大
- 全双工：每端既可以发，也可以收
可靠传输：不是等于安全传输
所谓的安全，就包含篡改数据的问题
这里的可靠，是可能发生数据丢失，还有机制保证对方能接收到
三、TCP原理
1.可靠传输机制
（1）确认应答机制：
发送的数据报，对方要返回一个确认应答的数据报（类似上网课，要确认某个同学是否在听课，要让他回答一声）
实现的方式：
如果没有确认应答报，引出超时重传机制：
（2）超时重传机制：
发送的数据报，超过一定的时间，还没有收到确认应答的数据报，就需要重新发送（不是程序做的，而是系统在实现tcp协议栈的时候，就实现的功能）（数据还在缓冲区中，系统就可以重发）
这里发送端会基于”32位序号“来重传及去重
去重：数据包没有丢，但网速比较慢，可能多次重传及多次确认应答
超时时间设置多少？（了解）
系统动态地计算：指数倍数增长（超时时间初始值 * 2n ），n累计到一个阈值就关闭连接
（3）连接管理机制：
发送真正的数据之前，要先建立连接 （三次握手）
syn：申请建立连接的标志位
连接：客户端和服务端，都是在自己程序基于tcp的socket保存了一个连接状态（作用：我是否能发送数据到对方）
三次握手：
- 客户端发送syn到服务端，申请建立客户端到服务端的连接
- 服务端返回syn+ack给客户端，这里的ack是第一次syn的应答，及申请建立服务端到客户端的连接
- 客户端接收到第2个数据报，状态就置为established（建立客户端到服务端连接），返回ack回服务端（第二次syn的应答），服务端接收到这个ack，状态就置为established，建立了服务端到客户端连接
不需要再收发数据，就可以关闭连接：四次挥手
fin：申请关闭连接的标志位
服务端先申请关闭连接，或客户端先申请，都是可以的
四次挥手：
- 客户端发送fin数据报到服务端：申请关闭客户端到服务端的连接
- 服务端接收到fin状态置为close_wait；返回一个ack的应答（这个动作是系统实现tcp协议栈默认执行的，不需要程序执行调用代码）
- 服务端发送一个fin数据报到客户端：申请关闭服务端到客户端的连接（程序手动调用socket.close来发送）
为什么设置为手动？
程序可以执行一些关闭连接前的工作：如销毁资源等
- 客户端返回ack回服务端（第三次fin的应答），且状态置为time_wait，此时需要再等待一段时间，再置为closed；服务端接收到这个数据报，状态置为closed关闭连接状态
为什么客户端还需要再等待一段时间？
第四次ack也可能丢包：如果丢包，服务端要重传第三个fin的数据报，此时，客户端就需要进行应答
（4）流量控制：
流量控制：服务端返回的ack数据报中，包含了”16位窗口大小“字段，标识接收端接收缓冲区剩余空间大小，以此来限制发送端的发送速度（根据接收端处理能力，来设置发送数据的大小）
滑动窗口大小，就是发送数据大小，是以流量窗口大小为其中一个依据
（5）拥塞控制：
发送端网络状况不明时，贸然发送大量数据就可能导致大量丢包（一次性发10个集装箱的快递，运输状况不明，就可能拥堵）
采用”慢启动“的机制，先发送少量的数据报探探路，然后再慢慢的增多（先少发一点快递，然后慢慢增多）
2.效率机制
（1）滑动窗口：
如果没有滑动窗口，就只能采取一发一收，再一发一收 这样串行化的传输方式，效率低
滑动窗口： 就是一次性发送多个数据报（类似多线程并发的方式）
窗口大小： 无需等待而可以继续发送的数据报最大值（一次性发送的多个数据报总的大小）
具体设置多大窗口： min(流量窗口大小，拥塞窗口大小)
窗口如何滑动： 接收到的ack下一个是n，就可以滑动到n-1的位置
如果丢包，如何保证可靠传输？
情况一：
情况二：
（2）延迟应答
接收到数据后，马上就ack应答，流量窗口大小就比较小；稍微等待一定时间，程序处理一部分接收的数据，就可以把流量窗口设置的更大，这样发送的窗口就可以更大（网络吞吐量更高）
延时是为了更高的吞吐量（效率），但也不能无限延迟
- 数量
- 时间：不能超过超时时间
（3）捎带应答：
服务端接收到客户端发送的消息，要返回ack，及一个响应的消息，不用两次数据发送，二是可以合并为一个数据
四、粘包问题
tcp是面向字节流，可以多次接受和发送；对应用层来说：
到底发送多少次，算一个发送的应用层完整格式的数据，就不知道了
到底接收多少次，算一个接收的应用层完整格式的数据，也不知道了
粘包： 就是包和包之间的边界没有确定好
如何解决： 确定包的边界
- 对于定长的包，保证每次都按固定大小读取即可
- 对于变长的包，可以在包头的位置，约定一个包总长度的字段，从而就知道了包的结束位置
- 对于变长的包，还可以在包和包之间使用明确的分隔符（应用层协议，是程序员自己来定的，只要保证分隔符不和正文冲突即可）
