第 4 章 · TCP 可靠传输

TCP 可靠 = 不丢、不重、不乱序：靠三次握手建连、滑动窗口流水线、确认重传、流量/拥塞控制、四次挥手断开。

4.1 三次握手：为什么是三次

建连要双方确认「我能发、我能收、对方能收」，于是走 SYN → SYN+ACK → ACK：

客户端                      服务器
  │ ──── SYN, seq=x ────→    │   ① 我请求建连
  │ ←─ SYN+ACK, seq=y, ack=x+1 ─│ ② 我同意，并请求反向建连
  │ ──── ACK, seq=x+1, ack=y+1 →│ ③ 我确认收到
  │        连接建立            │

两次只保证客户端→服务器方向可靠；服务器不知自己的 SYN 是否被收到，也防不住「历史失效 SYN」。第三次 ACK 让服务器确认客户端确实想连。不用四次：服务器把「对客户端的 ACK」和「自己的 SYN」合并在一个报文里发。

4.2 四次挥手与 TIME_WAIT

TCP 全双工，两个方向分别关闭，故四次挥手：

客户端                      服务器
  │ ──── FIN ────→           │   ① 我没数据了，关我→你的方向
  │ ←──── ACK ────           │   ② 收到（但你→我的方向还开着）
  │ ←──── FIN ────           │   ③ 我也没数据了，关我→你的方向
  │ ──── ACK ────→           │   ④ 收到，双方关闭

中间两次可不对称：服务器收到 FIN 后可能还有数据，先 ACK、发完再 FIN。
TIME_WAIT：主动关闭方发最后 ACK 后还要等 2MSL（约 60s） 才释放。原因：① 确保最后 ACK 到达（若丢，对方会重发 FIN）；② 让旧连接的迟到报文彻底消亡，避免污染复用同一端口的新连接。

4.3 滑动窗口与流水线传输

停等协议（每报文等确认）带宽利用率极低，TCP 用滑动窗口连续发多个报文：

发送窗口 = 已发未确认 + 可立即发送的字节范围；接收窗口 = 接收方能缓存的字节范围。
确认号 ack = 期望收到的下一个字节序号，是累计确认——ack=n 表示 n 之前全部到达。
收到 ACK 后窗口右滑腾空间；用序号保证有序，用超时重传处理丢包。

4.4 流量控制 vs 拥塞控制

对比：流量控制端到端，防快发送方撑爆慢接收方；拥塞控制全网，防太多数据同时涌入导致拥塞。

维度	流量控制	拥塞控制
针对对象	接收方处理能力	网络整体承载能力
依据	接收窗口 rwnd（对方首部窗口字段）	网络拥塞信号（丢包/时延）
作用范围	一对主机之间	全网，全局问题
实现	滑动窗口按 rwnd 收缩	拥塞窗口 cwnd 动态调整

实际发送窗口 = min(rwnd, cwnd)。

4.5 拥塞控制：四种算法

拥塞窗口 cwnd 分四阶段，由丢包信号（3 个重复 ACK 或超时）触发切换：

算法	cwnd 变化	何时退出
慢启动	每收到一个 ACK，cwnd +1 MSS（每 RTT 翻倍）	到达慢启动阈值 ssthresh 或丢包
拥塞避免	每 RTT 线性 +1（加性增）	发生丢包
快重传	收到 3 个重复 ACK 立即重传，不等超时	触发快恢复
快恢复	ssthresh=cwnd/2，cwnd=ssthresh，进入拥塞避免	重传成功

慢启动其实不慢——指数增长；「慢」是相对「一开始就全速」。
丢包处理：超时（严重）→ cwnd 归 1，重新慢启动；3 个重复 ACK（轻微）→ cwnd 减半，进快恢复（TCP Reno）。
组合即 AIMD（加性增、乘性减）：正常缓慢加，拥塞果断砍半。

对比：慢启动 + 拥塞避免是「探测容量」（指数探测 + 线性逼近）；快重传 + 快恢复是「丢包后优雅降级」，避免每次退回慢启动。