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02 TCP协议

衡量 Web 页面性能的一个重要指标 FP（First Paint），指从页面加载到首次开始绘制的时长。影响 FP 指标的一个重要因素是网络加载速度。

理解网络的关键是要对网络协议有深刻的认识，HTTP 和 WebSocket 都是基于 TCP/IP 的。需要重点学习在 Web 世界中的 TCP/IP 是如何工作的。

一个数据包的旅程​

从数据包如何送达主机，主机如何将数据包转交给应用和数据是如何被完整地送达应用程序这三个角度来为讲述数据的传输过程。互联网中的数据是通过数据包来传输的。如果发送的数据很大，那么该数据就会被拆分为很多小数据包来传输。

IP：把数据包送达目的主机​

数据包要在互联网上进行传输，就要符合网际协议（Internet Protocol，简称 IP）标准。计算机的地址就称为 IP 地址，访问任何网站实际上是一台计算机向另外一台计算机请求信息。

把一个数据包从主机 A 发送给主机 B，在传输之前数据包上会被附加上主机 B 的 IP 地址信息，在传输过程中才能正确寻址。还会附加上主机 A 本身的 IP 地址，主机 B 才可以回复信息给主机 A。这些附加的信息会被装进一个叫 IP 头的数据结构里。IP 头是 IP 数据包开头的信息，包含 IP 版本、源 IP 地址、目标 IP 地址、生存时间等信息。

UDP：把数据包送达应用程序​

用户数据包协议（User Datagram Protocol），简称 UDP，最重要的信息是端口号，是一个数字，每个想访问网络的程序都需要绑定一个端口号。通过端口号 UDP 把指定的数据包发送给指定的程序。端口号会被装进 UDP 头里面，UDP 头再和原始数据包合并组成新的 UDP 数据包。UDP 头中除了目的端口，还有源端口号等信息。

UDP 发送数据时，有各种因素会导致数据包出错，虽然 UDP 可以校验数据是否正确，但是对于错误的数据包 UDP 并不提供重发机制，只是丢弃当前的包，而且 UDP 在发送之后也无法知道是否能达到目的地。但是传输速度却非常快，会应用在一些关注速度、但不那么严格要求数据完整性的领域，如在线视频、互动游戏等。

TCP：把数据完整地送达应用程序​

要求数据传输可靠性（reliability）的应用使用 UDP 传输存在两个问题：

  • 数据包在传输过程中容易丢失；
  • 大文件被拆分成小数据包来传输，数据包经过不同的路由，并在不同的时间到达接收端，UDP 协议不知道如何组装这些数据包，从而把这些数据包还原成完整的文件。

**TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）**是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议：

  • 提供重传机制，解决数据包丢失问题；
  • 引入数据包排序机制，保证把乱序的数据包组合成一个完整的文件。

完整的 TCP 连接生命周期包括了建立连接，传输数据和断开连接三个阶段，保证重传机制和数据包的排序功能：

  • 建立连接阶段，通过三次握手来建立客户端和服务器之间的连接。三次握手是指在建立一个 TCP 连接时，客户端和服务器总共要发送三个数据包以确认连接的建立。
  • 传输数据阶段，接收端需要对每个数据包进行确认操作，接收端在接收到数据包之后，需要发送确认数据包给发送端。当发送端发送了一个数据包之后，在规定时间内没有接收到接收端反馈的确认消息，则判断为数据包丢失，并触发发送端的重发机制。一个大的文件在传输过程中会被拆分成很多小的数据包，这些数据包到达接收端后，接收端会按照 TCP 头中的序号为其排序，从而保证组成完整的数据。
  • 断开连接阶段，数据传输完毕之后，就要终止连接了，通过四次挥手来保证双方都能断开连接。