TCP（传输控制协议详解）详解

TCP协议的特点

（1）TCP协议是面向连接的运输层协议

在数据传输前必须建立连接，数据传输之后释放连接。

（2）TCP提供可靠交付的服务

所谓可靠是指在传输过程中无重复，无丢失，无错误。但是同时会增加开销。

（3）每一条连接都是点对点连接（一对一）

（4）面向字节流

所谓字节流指的是以传输过程中流入进程和流出进程的字节序列，虽然传输过程中是一个一个数据报，但这只是为了方便传输，之后在目的端重新装配。

（5）TCP提供全双工通信

所谓全双工是指一端既可以是客户端，也可以是服务器。

TCP头部有20个固定字节，选项部分长度不定，最多40个字节。

（1）源端口和目的端口：各占2个字节。端口是指传输层和应用层的服务端口。传输层的分用和复用就是通过端口实现的。

分用：在发送端，多个客户端进程公用一个传输层。

复用：在接收端，传输层会根据端口号分配给不同的应用进程。

（2）序号字段：占4个字节。范围是0—2^32-1。因为TCP是面向字节流，所以它为每一个字节进行编号。

（3）确认号：占4个字节，是期望收到下一个报文段的数据部分的第一个序号。

（4）数据偏移：占4个字节。是指TCP报文段的数据开始的部分距TCP报文段起始部分的偏移量。

（5）保留字段：占6个字节。

（6）标识符：

URG：当URG置1时，表示紧急指针有效，它告诉系统此报文段有紧急数据，应尽快传送。

ACK：ACK置1，表示确认号字段才有效。此外，TCP规定，建立连接后，传输的所有报文段的ACK都需要被置1.

PSH：当接收者收到PSH=1时，会立即把数据传输给应用程序，而不会等到缓冲区满了，再做提交。

RST：RST=1，表示TCP连接出现了严重的问题，必须释放重连。

SYN：建立连接的时候使用。

当SYN=1，ACK=0时，表示为请求连接。

当SYN=1，ACK=1时，表示为同意连接的请求应答。

FIN：FIN=1，表示请求释放连接。

（7）窗口：占2个字节，表示接受端的接收窗口的大小。用于实现流量控制。将接收端发送过去的窗口大小设置成发送端的发送窗口大小，从而控制了发送端的发送效率。

（8）校验和：用于检测发送过程中是否出现错误。

（9）紧急指针：用于标识紧急数据的尾部。

（10）选项字段：（需要掌握的几个选项）MMS—最大报文长度，实际是报文段的最大数据长度。窗口扩大因子。时间戳选项。

TCP可靠传输技术

TCP提供的可靠传输而使用的方式是序号，确认号，超时重传，滑动窗口等可靠传输机制。

流量控制：

防止发送端发送数据过快，接收端无法接收。

假设A收到B应答的窗口大小为20个字节，确认号字段为31，据悉，A所构造的发送窗口。

A发送11个字节

假设B收到了31号数据，把31—33交付给主机，然后B删除这些数据。A收到新的确认号为34.

A继续发送42-53.A的窗口已经发完但是没有确认，所以停止发送。

持续计时器

为了避免流量控制引发的死锁，TCP使用了持续计时器。当连接的一方收到窗口大小为0，则启动持续计时器，若设置的持续计时器的时间已到，则发送一个窗口探测报文段。如果窗口值还为0，则持续等待，当不为0，则证明报文段丢失，则重新发送，打破死锁。

TCP的三次握手

开始的时候，客户端和服务器端分别创建自己的传输控制块（TCB），创建完后server进入Listen状态，此时准备接受client发送的请求。

第一次握手：客户端向服务器端发送连接请求。

SYN=1,ACK=0表示请求连接。

X表示本次字节流的初始序号。

TCP规定：此时没有数据传输，但是消耗一个序号。

第二次握手：服务器向客户端发生应发响应。

SYN=1，ACK=0表示同意连接的应答响应。

Y表示本次字节流的初始序号。

X+1表示希望收到的字节起始序号。

第三次握手：当客户端收到连接同意的应答后，还要向服务端发送一个确认报文段，表示：服务端发来的连接同意应答已经成功收到。

该报文段的头部为：ACK=1，seq=x+1，ack=y+1。

客户端发完这个报文段后便进入ESTABLISHED状态，服务端收到这个应答后也进入ESTABLISHED状态，此时连接的建立完成！

为什么连接只需要三次握手，而不是两次握手？

当客户端接收到应答响应是，就会进入estabished状态，而服务器端只有收到客户端的连接请求后才会进入estabished状态。

此时如果网络拥塞，客户端发送的连接请求迟迟到不了服务端，客户端便超时重发请求，如果服务端正确接收并确认应答，双方便开始通信，通信结束后释放连接。此时，如果那个失效的连接请求抵达了服务端，由于只有两次握手，服务端收到请求就会进入ESTABLISHED状态，等待发送数据或主动发送数据。但此时的客户端早已进入CLOSED状态，服务端将会一直等待下去，这样浪费服务端连接资源。

TCP四次挥手

第一次挥手：A已经发送完数据，请求释放连接，只发送报文头，此时A进入FIN_WAIT状态。

FIN=1，表示释放连接。

seq=u，u-1表示确认的最后一个数据序号。

第二次挥手：B收到连接释放请求之后，会告诉它A到B这个方向已经释放。B向A发送应答响应，B进入CLOSE_WAIT状态。

ACK=1：除TCP连接请求报文段以外，TCP通信过程中所有数据报的ACK都为1，表示应答。

seq= v：v-1是B向A发送的最后一个字节的序号。

ack=u+1表示希望收到从第u+1个字节开始的报文段，并且已经成功接收了前u个字节。

第三次挥手：当B向A发完所有数据后，向A发送连接释放请求，请求头：FIN=1，ACK=1，seq=w，ack=u+1。

B便进入LAST-ACK状态。

第四次挥手：A收到释放请求后，向B发送确认应答，此时A进入TIME-WAIT状态。

该状态会持续2MSL时间，若该时间段内没有B的重发请求的话，就进入CLOSED状态，撤销TCB。当B收到确认应答后，也便进入CLOSED状态，撤销TCB。

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