网络基础（二）：TCP协议

男娘i 2022-12-29 14:12 154阅读 0赞

原创作者：lam柒年  
原创链接：[TCP协议详解][TCP]

#### 1.1 TCP服务 ####

TCP将用户数据打包构成报文段，它发送数据时启动一个定时器，另一端收到数据进行确认，对失序的数据重新排序，丢弃重复的数据。**TCP提供一种面向连接的可靠的字节流服务**，面向连接意味着两个使用TCP的应用（B/S）在彼此交换数据之前，必须先建立一个TCP连接，类似于打电话过程，先拨号振铃，等待对方说`喂`，然后应答。在一个TCP连接中，只有两方彼此通信。  
TCP可靠性来自于：  
（1）应用数据被分成TCP最合适的发送数据块  
（2）当TCP发送一个段之后，启动一个定时器，等待目的点确认收到报文，如果不能及时收到一个确认，将重发这个报文。  
（3）当TCP收到连接端发来的数据，就会**推迟几分之一秒**发送一个确认。  
（4）TCP将保持它首部和数据的检验和，这是一个端对端的检验和，目的在于检测数据在传输过程中是否发生变化。（有错误，就不确认，发送端就会重发）  
（5）TCP是以IP报文来传送，IP数据是无序的，TCP收到所有数据后进行排序，再交给应用层  
（6）IP数据报会重复，所以TCP会去重  
（7）TCP能提供流量控制，TCP连接的每一个地方都有固定的缓冲空间。TCP的接收端只允许另一端发送缓存区能接纳的数据。  
（8）TCP对字节流不做任何解释，对字节流的解释由TCP连接的双方应用层解释。

#### 1.2 TCP消息 ####

![图片来自网络][70]  
TCP数据是封装在一个IP数据中。

###### 1.2.1 TCP消息头 ######

![这里写图片描述][70 1]  
　●源、目标端口号字段：占16比特。TCP协议通过使用”端口”来标识源端和目标端的应用进程。端口号可以使用0到65535之间的任何数字。在收到服务请求时，操作系统动态地为客户端的应用程序分配端口号。在服务器端，每种服务在”众所周知的端口”（Well-Know Port）为用户提供服务。  
　●顺序号字段：占32比特。用来标识从TCP源端向TCP目标端发送的数据字节流，它表示在这个报文段中的第一个数据字节。  
　●确认号字段：占32比特。只有ACK标志为1时，确认号字段才有效。它包含目标端所期望收到源端的下一个数据字节。  
　●头部长度字段：占4比特。给出头部占32比特的数目。没有任何选项字段的TCP头部长度为20字节；最多可以有60字节的TCP头部。  
　●标志位字段（U、A、P、R、S、F）：占6比特。各比特的含义如下：  
　◆URG：紧急指针（urgent pointer）有效。  
　◆ACK：为1时，确认序号有效。  
　◆PSH：为1时，接收方应该尽快将这个报文段交给应用层。  
　◆RST：为1时，重建连接。  
　◆SYN：为1时，同步程序，发起一个连接。  
　◆FIN：为1时，发送端完成任务，释放一个连接。  
　●窗口大小字段：占16比特。此字段用来进行流量控制。单位为字节数，这个值是本机期望一次接收的字节数。  
　●TCP校验和字段：占16比特。对整个TCP报文段，即TCP头部和TCP数据进行校验和计算，并由目标端进行验证。  
　●紧急指针字段：占16比特。它是一个偏移量，和序号字段中的值相加表示紧急数据最后一个字节的序号。  
　●选项字段：占32比特。可能包括”窗口扩大因子”、”时间戳”等选项。

#### 1.3 TCP建立三次连接的过程（三次握手） ####

TCP是一个面向连接的协议，无论哪一方向另一方发送数据之前，都必须先在双方之间建立一条连接，建立一条连接有以下过程。  
1、请求端（客户端）发送一个SYN段指明客户打算连接的服务器的端口，以及初始序列号（ISN），这个SYN为报文段1.  
2、服务器发回包含服务器的初始序列号的SYN报文段（报文段2）作为应答。同时，将确认序号设置为客户的ISN加1以对客户的SYN报文段进行确认。一个SYN将占用一个字符。  
3、客户必须将明确序号设置为服务器的ISN加1以对服务器的SYN报文段进行确认（报文段3）  
4、这三个报文段完成连接的建立，这个过程成为三次握手。  
![这里写图片描述][70 2]

#### 1.4 TCP终止连接过程（四次挥手） ####

1、客户端进程发出连接释放报文，并且停止发送数据。释放数据报文首部，FIN=1，其序列号为seq=u（等于前面已经传送过来的数据的最后一个字节的序号加1），此时，客户端进入FIN-WAIT-1（终止等待1）状态。 TCP规定，FIN报文段即使不携带数据，也要消耗一个序号。  
2、服务器收到连接释放报文，发出确认报文，ACK=1，ack=u+1，并且带上自己的序列号seq=v，此时，服务端就进入了CLOSE-WAIT（关闭等待）状态。TCP服务器通知高层的应用进程，客户端向服务器的方向就释放了，这时候处于半关闭状态，即客户端已经没有数据要发送了，但是服务器若发送数据，客户端依然要接受。这个状态还要持续一段时间，也就是整个CLOSE-WAIT状态持续的时间。  
客户端收到服务器的确认请求后，此时，客户端就进入FIN-WAIT-2（终止等待2）状态，等待服务器发送连接释放报文（在这之前还需要接受服务器发送的最后的数据）。  
3、服务器将最后的数据发送完毕后，就向客户端发送连接释放报文，FIN=1，ack=u+1，由于在半关闭状态，服务器很可能又发送了一些数据，假定此时的序列号为seq=w，此时，服务器就进入了LAST-ACK（最后确认）状态，等待客户端的确认。  
客户端收到服务器的连接释放报文后，必须发出确认，ACK=1，ack=w+1，而自己的序列号是seq=u+1，此时，客户端就进入了TIME-WAIT（时间等待）状态。注意此时TCP连接还没有释放，必须经过2∗MSL（最长报文段寿命）的时间后，当客户端撤销相应的TCB后，才进入CLOSED状态。  
4、服务器只要收到了客户端发出的确认，立即进入CLOSED状态。同样，撤销TCB后，就结束了这次的TCP连接。可以看到，服务器结束TCP连接的时间要比客户端早一些。  
![这里写图片描述][70 3]

[TCP]: https://blog.csdn.net/qq_37884273/article/details/82188586?utm_medium=distribute.pc_relevant_t0.none-task-blog-BlogCommendFromMachineLearnPai2-1.control&depth_1-utm_source=distribute.pc_relevant_t0.none-task-blog-BlogCommendFromMachineLearnPai2-1.control
[70]: /images/20221120/56fb00c8e1714f4592358dd97df686f8.png
[70 1]: /images/20221120/8cc8c5556e4f4c589fbda2b55f52fc54.png
[70 2]: /images/20221120/7475947e48054cbe94c289c540812b7a.png
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