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什麼是TCP（傳輸控制協定）

Transmission Control Protocol的縮寫。傳輸層的連線導向協定。以三向交握建立連線，再以序號、確認應答（ACK）與重傳，讓資料不缺漏、不重複，並依傳送的順序送達。也以流量控制與壅塞控制調整傳送量。網頁存取（HTTP/1.1、HTTP/2）、電子郵件、SSH等都使用TCP。

日文名稱: TCP

「TCP（傳輸控制協定）」出現在2領域的17道練習題中（電腦網路基礎, Web技術基礎等）。

這個名詞所屬的領域: 電腦網路基礎

確實送達的機制

TCP替傳送資料的每一個位元組加上連續編號（序號）。接收端回傳「下一次請從這個編號開始送」的確認應答（ACK），傳送端若在規定時間內沒有收到ACK，就重新傳送該資料（重傳逾時）。若連續收到3個相同編號的ACK（重複ACK），則不等逾時就立即重傳（快速重傳）。接收端會把順序錯亂送達的資料重新排好、丟棄重複的部分，並以檢查和找出損壞的資料。從應用程式看來，資料是沒有分隔的位元組流（串流）。

以視窗決定傳送量

傳送端在等待ACK之前，可以連續送出最多一個視窗大小的資料。配合接收端告知的緩衝區剩餘空間（接收視窗）是流量控制；傳送端依網路的擁擠程度增減自己的壅塞視窗則是壅塞控制，實際上會取兩者中較小的一方。由於每個往返時間（RTT）只能送出一個視窗的量，吞吐量大約是視窗÷RTT。例如視窗64 KB、RTT 100 ms時，上限約為5 Mbit/s，因此要善用高速的遠距線路，就要以視窗縮放選項加大視窗。

標頭與連線的管理

TCP標頭在沒有選項時為20位元組，包含來源與目的地的連接埠號碼、序號、確認應答號碼、SYN、ACK、FIN、RST等旗標、視窗大小與檢查和。一條連線由來源與目的地的IP位址及連接埠號碼這4個值區分。連線以三向交握開始，雙方向各自送出FIN後關閉。只要遺失一個區段，即使後面的資料已經送達，也無法交給應用程式而必須等待（線頭阻塞），因此HTTP/3改用UDP之上的QUIC。

練習TCP（傳輸控制協定）的題目

在TCP/IP的四層模型中，TCP與UDP屬於哪一層？

  1. A應用層
  2. B網際網路層
  3. C傳輸層
查看答案與解析

正確答案：C. 傳輸層

TCP/IP模型由下而上分為連結層（網路介面層）、網際網路層、傳輸層、應用層4層。TCP與UDP是傳輸層的協定，使用連接埠號碼區分通訊是要送給終端上的哪一個應用程式。網際網路層的IP負責把封包從一台終端送到另一台終端。HTTP與DNS則是應用層的協定。若與OSI參考模型對應，傳輸層相當於第4層，網際網路層相當於第3層。

在建立TCP連線的三向交握中，交換封包的順序下列何者正確？

  1. ASYN → ACK → FIN
  2. BACK → SYN → SYN+ACK
  3. CSYN → SYN+ACK → ACK
查看答案與解析

正確答案：C. SYN → SYN+ACK → ACK

三向交握中，首先由用戶端以SYN請求連線，並告知自己要傳送之資料的起始編號（初始序號）。伺服器以SYN+ACK確認（ACK）已收到，同時告知自己的初始序號。最後用戶端回傳ACK，雙向通訊便準備就緒。透過三次交換確認雙方向的序號，可防止延遲抵達的舊封包等造成錯誤的連線。因此，TCP在開始傳送資料之前至少需要一個往返時間（RTT）。FIN用於結束連線。

常見問題

TCP與UDP有什麼不同？

TCP會建立連線，以確認應答、重傳與順序控制確實送達資料。UDP沒有建立連線的程序也不重傳，只是把資料包送出，因此標頭小、延遲也少。需要完整性的網頁與檔案傳輸使用TCP；比起偶爾遺失，更重視低延遲的通話，以及很短的DNS查詢則使用UDP。

TCP什麼時候會重傳？

有兩種時機：一是送出後超過重傳逾時時間（由RTT的量測計算）仍未收到ACK；二是連續收到3個相同確認應答號碼的ACK，後者稱為快速重傳。若重傳持續失敗，逾時時間會一次次加倍。

為什麼TCP的吞吐量比線路速度低？

因為每個往返時間只能送出視窗大小的資料，對方越遠、視窗越小，吞吐量就越低。封包遺失使壅塞控制縮小視窗時，或接收端應用程式讀取較慢時，吞吐量也會下降。

解析中的「TCP（傳輸控制協定）」

出現「TCP（傳輸控制協定）」的題目（17題）

  1. 在TCP/IP的四層模型中，TCP與UDP屬於哪一層？
  2. 在建立TCP連線的三向交握中，交換封包的順序下列何者正確？
  3. 以HTTPS（在TCP之上的TLS 1.3）重新連線到RTT（往返時間）為100 ms的Web伺服器，從送出第一個請求到開始收到回應，所需時間最接近下列何者？假設DNS名稱解析已完成，並忽略伺服器的處理時間與資料的傳輸時間。
  4. 在TCP的流量控制中，接收端向傳送端通知視窗大小（接收視窗）的目的，下列何者正確？
  5. 某TCP連線的接收視窗固定為65536位元組，RTT為10 ms，線路頻寬足夠大且沒有遺失。此連線可得到的傳輸量上限最接近下列何者？
  6. 下列關於TCP壅塞控制之基本概念的敘述，何者正確？
  7. TCP的傳送端判斷區段遺失而重傳的時機，下列何者正確？
  8. 在1 Gbps的乙太網路上，讓IP封包的大小填滿MTU的1500位元組，持續傳送TCP資料。設IPv4標頭為20位元組、TCP標頭為20位元組、乙太網路標頭與FCS合計18位元組、前置碼與訊框間隙合計20位元組，則應用程式資料之傳輸量的上限最接近下列何者？
  9. 從RTT為40 ms的Web伺服器，依序一個一個取得1個HTML以及它所參照的4張影像。假設建立TCP連線需要1個往返，每次請求與回應需要1個往返，並且不考慮資料的傳輸時間、伺服器的處理時間、TLS以及連線的中斷。每個物件都建立新TCP連線的情況，與重複使用一條TCP連線（持續連線）的情況，所需時間的差為下列何者？
  10. 把1.5 MB的文字資料以gzip壓縮為3分之1的大小後傳送。頻寬為10 Mbps、RTT為100 ms，在開始傳送資料之前，TCP連線、TLS交握、HTTP請求合計需要3個往返。假設1 MB = 10^6 位元組，並忽略壓縮與解壓縮的時間、標頭，以及TCP壅塞控制造成的等待。到接收完資料為止的時間，最接近下列何者？
  11. 在OSI參考模型中，使用IP位址這類邏輯位址，在不同網路之間轉送封包並送達目的地的是哪一層？
  12. 傳送網頁資料時，在傳送端每當資料從上層交給下層時會發生什麼事？下列何者正確？
  13. 下列關於UDP特徵的敘述，何者正確？
  14. DNS（網域名稱系統）的主要功能，下列何者正確？
  15. 以100 Mbps的線路傳送100 MB的檔案，所需時間最接近下列何者？忽略標頭等額外負擔與延遲，並設 1 MB = 10^6 位元組。

出現這個名詞的比較

相關名詞

封包 HTTP（超文字傳輸協定） RTT（往返時間） IP（網際網路協定） UDP（使用者資料包協定） DNS（網域名稱系統） TLS QUIC 壅塞控制 路由器

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