TCP 与 UDP 深度剖析

// 三次握手详细过程

┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 第一次握手：客户端 → 服务端 SYN                    │
│  TCP头：SYN=1, Seq=x                                       │
│  含义：请求建立连接，客户端选择一个初始序列号 x           │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────────┘

┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 第二次握手：服务端 → 客户端 SYN+ACK               │
│  TCP头：SYN=1, ACK=1, Seq=y, Ack=x+1                       │
│  含义：同意连接，服务端选择自己的序列号 y，确认收到 x      │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────────┘

┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 第三次握手：客户端 → 服务端 ACK                   │
│  TCP头：ACK=1, Seq=x+1, Ack=y+1                            │
│  含义：确认收到，服务端可以开始发送数据                     │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────────┘

// 为什么是三次？不是两次或四次？
// 核心原因：TCP是全双工协议，双方都需要同步自己的初始序列号
// - 两次握手：服务端无法确认客户端是否收到了自己的SYN
// - 四次握手：多余了，第二次的SYN和ACK可以合并发送

// 四次挥手详细过程

┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 第一次挥手：客户端 → 服务端 FIN                  │
│  含义：客户端发送FIN，请求关闭客户端→服务端的连接          │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────────┘

┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 第二次挥手：服务端 → 客户端 ACK                 │
│  含义：服务端确认收到FIN，但此时服务端可能还有数据要发送    │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────────┘

┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 第三次挥手：服务端 → 客户端 FIN                 │
│  含义：服务端数据发送完毕，发送FIN关闭服务→客户端的连接    │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────────┘

┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 第四次挥手：客户端 → 服务端 ACK                 │
│  含义：客户端确认收到FIN，等待2MSL后彻底关闭               │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────────┘

// TIME_WAIT 状态
// - 等待2MSL（Maximum Segment Lifetime，通常为60秒）
// - 目的1：确保最后的ACK能到达对端（如果丢失，对端会重发FIN）
// - 目的2：让本连接的所有数据包在网络中消散，避免干扰新连接

// 滑动窗口工作原理

// 接收方在每次ACK中告诉发送方：rwnd（接收窗口大小）
发送方维护三个指针：
  1. SND.UNA - 第一个未确认的字节
  2. SND.NXT - 下一个要发送的字节
  3. SND.WND - 当前窗口大小

窗口范围：
  窗口左沿 = SND.UNA
  窗口右沿 = SND.UNA + SND.WND

窗口滑动条件：
  - 收到ACK时，左沿右移
  - 右沿右移条件：接收方有足够缓冲空间

// Zero Window（零窗口）问题
// 当接收方缓冲区满时，rwnd=0，发送方停止发送
// 接收方应用读取数据后，会发送一个rwnd>0的ACK
// 发送方收到后恢复发送，这个ACK称为 Window Update

// 拥塞控制核心算法

// 1. 慢启动
while (cwnd < ssthresh) {
    cwnd = cwnd * 2;  // 每个RTT翻倍
}
// 近似指数增长：1 → 2 → 4 → 8 → 16 → ...

// 2. 拥塞避免
while (cwnd >= ssthresh) {
    cwnd = cwnd + 1;  // 每个RTT增加1个MSS
}
// 线性增长：N → N+1 → N+2 → N+3 → ...

// 3. 检测拥塞
if (超时) {
    // 严重拥塞，重置连接
    ssthresh = cwnd / 2;
    cwnd = 1;
} else if (3个重复ACK) {
    // 轻度拥塞，部分丢包
    ssthresh = cwnd / 2;
    cwnd = ssthresh + 3;  // 快速恢复
}