引言

在之前的講解中，我們已經介紹了TCP協議的一些面試內容，相信大家對于TCP也有了一些新的了解。今天，我們將繼續深入探討TCP的超時重傳、流量控制、TCP的keepalive機制以及端口號等相關信息。這些內容對于理解TCP協議的工作原理和實際應用非常重要，希望可以加深大家對TCP協議的理解。

TCP 的超時重傳時間是如何計算的

TCP具有超時重傳機制，即當一個數據包沒有收到確認回復時，會在一定的時間間隔后進行重傳。這個時間間隔被稱為超時重傳時間（Retransmission TimeOut，簡稱RTO）。

經典方法（適用 RTT 波動較小的情況）

往返時延（RTT）是指數據從發送端到接收端并返回發送端所需的時間。

一種簡單的方法是取RTT的平均值，例如：第一次RTT為500ms，第二次RTT為800ms，那么第三次發送時，可以將兩次RTT取平均得到RTO為650ms。

為了確定超時重傳時間和更準確地估計RTT，經典算法引入了「平滑往返時間」（Smoothed round trip time，SRTT）：每次測量RTT后，都對SRTT進行更新計算，使其更加平滑和準確。

平滑因子α是用于計算平滑往返時間（SRTT）的一個參數，建議取值范圍為0.8至0.9。具體而言，當α為0.8時，SRTT的計算公式為80%的原始值加上20%的新采樣RTT值。

當α趨近于1時，SRTT會更接近上一次的SRTT值，對新的RTT值的影響較小。這意味著對于短暫的時延變化，SRTT會表現出較低的敏感性。

相反，當α趨近于0時，1-α趨近于1，SRTT會更接近新采樣的RTT值，與舊的SRTT值的關系較小。這意味著對于時延的變化，SRTT會表現出更高的敏感性，能夠更快速地跟隨時延的變化而調整。

通過調整平滑因子α的取值，TCP可以根據網絡環境的不同情況來靈活地調整SRTT的計算方式，以適應不同的時延變化。這樣可以提高TCP的適應性和性能，使其能夠更好地應對網絡條件的變化。

能不能說一說 TCP 的流量控制

當發送方發送數據時，TCP使用流量控制機制來確保接收方能夠處理所發送的數據量。流量控制的目的是防止接收方因為數據過載而無法處理，從而導致數據丟失或者網絡擁塞。

TCP的流量控制基于滑動窗口機制。滑動窗口是一個動態的窗口大小，它表示了發送方可以連續發送給接收方的數據量。接收方通過發送ACK（確認）消息來通知發送方當前可接收的數據量，發送方根據接收方的窗口大小來調整發送的數據量。

具體來說，當建立TCP連接時，發送方和接收方會協商一個初始的窗口大小，稱為初始窗口。初始窗口大小取決于接收方的接收能力和網絡條件。發送方會根據初始窗口大小發送數據，接收方接收到數據后會發送ACK消息來確認接收。

在數據傳輸過程中，接收方會不斷更新窗口大小，通常通過TCP報文段中的窗口字段來告知發送方當前可接收的數據量。發送方根據接收方的窗口大小來調整發送的數據量，以確保發送的數據不會超過接收方的處理能力。

如果接收方的窗口變小，發送方會減少發送的數據量以避免數據丟失或擁塞。當接收方的窗口變大時，發送方可以增加發送的數據量，從而提高數據傳輸的效率。

接收窗口（接收緩沖區中空閑的部分）

發送端的數據包的狀態

在網絡通信中，存在以下幾種狀態：

1. 已發送且已確認：表示數據已經成功發送到接收端，并且接收端已經發送確認信息回來。
2. 已發送但未確認：表示數據已經發送到接收端，但接收端尚未發送確認信息回來。
3. 未發送但接收端可以接收：表示接收端已經準備好接收數據，但發送端尚未發送數據。
4. 未發送且不可發送：表示接收端暫時沒有足夠的空間來接收數據，因此發送端暫時無法發送數據。

發送端速度比較慢的情況

發送端速度比較快的情況

如何理解 TCP 的keep-alive的原理

TCP的Keep-Alive機制是為了確保在長時間沒有數據傳輸的情況下，能夠檢測和保持TCP連接的活躍狀態。它通過定期發送Keep-Alive報文來確認連接是否仍然有效。在一個TCP連接上，如果通信雙方都不向對方發送數據，那么TCP連接就不會有任何數據交換。假設應用程序是一個web服務器，如果客戶端在三次握手之后發生故障宕機或者斷開網絡連接，對于web服務器而言，下一個數據包將永遠無法到來，但是它對此一無所知。因此，通過使用Keep-Alive機制，TCP可以定期發送探測報文來檢測連接是否仍然有效，如果連接超過一定時間沒有收到對方的應答，就可以主動關閉連接，從而避免資源的浪費。

TCP協議的設計者考慮到了檢測長時間死連接的需求，因此設計了Keep-Alive機制。它的作用是通過定時發送探測報文來檢測連接的對端是否存活，從而探測對端的連接是否失效。然而，默認情況下，TCP需要經過7200秒（2小時）沒有數據包交互才會發送Keep-Alive探測報文。這個時間對于一些應用來說可能太長了，所以很多組件并沒有開啟Keep-Alive特性，而是選擇在應用層實現心跳機制來保持連接的活躍狀態。通過在應用層定時發送心跳包，可以更及時地檢測連接的狀態，并且可以根據實際需求進行靈活的設置。這樣可以更好地滿足應用程序對連接可靠性的要求。

聊?聊TCP中的端口號

在TCP中，端口號是用于標識不同應用程序或服務的。它是一個16位的無符號整數，范圍從0到65535。TCP連接是通過源IP地址、源端口號、目標IP地址和目標端口號來唯一標識的。端口號分為兩種類型：系統端口和動態端口。

端口號與網絡分層

TCP使用兩字節的整數來表示端口號。每臺主機最大允許65536個端口號。

其中前1024個端口號是系統端口（也稱為眾所周知的端口），用于預留給一些特定的服務或應用程序使用。例如，HTTP通信一般使用端口號80，HTTPS通信一般使用端口號443，FTP使用端口號21等。系統端口號在操作系統中已經預定義好了。

已登記的端口號范圍是1024~49151，其中包括一些常見的服務和應用程序的端口號，例如MySQL使用端口號3306，Redis使用端口號6379，MongoDB使用端口號27017等。

而臨時端口號的范圍是49152～65535，用于臨時分配給客戶端應用程序使用。通過使用端口號，TCP可以實現多對多的通信。

總結

本文深入探討了TCP協議的超時重傳、流量控制、keep-alive機制及端口號等相關內容。超時重傳是根據RTT計算的，通過平滑往返時間（SRTT）來靈活調整超時重傳時間。流量控制使用滑動窗口機制，根據接收方窗口大小調整發送數據量。Keep-alive機制通過定期發送探測報文保持TCP連接活躍。端口號用于標識應用程序或服務，分為系統端口和動態端口。這些內容對于理解TCP協議的工作原理和應用非常重要。

以上只是一篇關于TCP協議的面試文章的一小部分內容。后續將會提供更多有針對性的面試題，以深入探討TCP協議的相關細節。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的TCP协议：超时重传、流量控制、keep-alive和端口号，你真的了解吗？的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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