第15期：TCP协议解析

Posted 2021-04-15 网络通信社

导读

传输层定义了主机应用程序之间端到端的连通性。传输层中最为常见的两个协议分别是传输控制协议TCP和用户数据包协议UDP。

本期我们先来学习一下TCP协议。

01

协议端口号

TCP位于TCP/IP模型的传输层，它是一种面向连接的端到端协议。

TCP作为传输控制协议，可以为主机提供可靠的数据传输。两台主机在通信之前，需要TCP在它们之间建立可靠的传输通道。

端口分为知名端口和动态端口。有些网络服务会使用固定的端口，这类端口称为知名端口，端口号范围为0-1023。如FTP、HTTP、Telnet、SNMP服务均使用知名端口。

动态端口号范围从1024到65535，这些端口号一般不固定分配给某个服务，也就是说许多服务都可以使用这些端口。

只要运行的程序向系统提出访问网络的申请，那么系统就可以从这些端口号中分配一个供该程序使用。

02

TCP报文头部

TCP通常使用IP作为网络层协议，这时TCP数据段被封装在IP数据包内。

TCP数据段由TCP Header（头部）和TCP Data（数据）组成。TCP最多可以有60个字节的头部，如果没有Options字段，正常的长度是20字节。

TCP Header是由如上图标识的一些字段组成，这里列出几个常用字段：

    ·16位源端口号：源主机的应用程序使用的端口号

    ·32位序列号：用于标识从发送端发出的不同的TCP数据段的序号。数据段在网络中传输时，它们的顺序可能会发生变化；接收端依据此序列号，便可按照正确的顺序重组数据

    ·32位确认序列号：用于标识接收端确认收到的数据段。确认序列号为成功收到的数据序列号加1

    ·4位头部长度：表示头部占32bit字的数目，它能表达的TCP头部最大长度为60字节

16位窗口大小：表示接收端期望通过单次确认而收到的数据的大小。由于该字段为16位，所以窗口大小的最大值为65535字节，该机制通常用来进行流量控制

    ·16位校验和：校验整个TCP报文段，包括TCP头部和TCP数据。该值由发送端计算和记录并由接收端进行验证

03

三次握手

TCP是一种可靠的，面向连接的全双工传输层协议。

TCP连接的建立是一个三次握手的过程。如图所示：

    1.主机A（通常也称为客户端）发送一个标识了SYN的数据段，表示期望与服务器A建立连接，此数据段的序列号（seq）为a。

    2.服务器A回复标识了SYN+ACK的数据段，此数据段的序列号（seq）为b，确认序列号为主机A的序列号加1（a+1），以此作为对主机A的SYN报文的确认。

    3.主机A发送一个标识了ACK的数据段，此数据段的序列号（seq）为a+1，确认序列号为服务器A的序列号加1（b+1），以此作为对服务器A的SYN报文的确认。

04

四次握手

TCP支持全双工模式传输数据，这意味着同一时刻两个方向都可以进行数据的传输。在传输数据之前，TCP通过三次握手建立的实际上是两个方向的连接，因此在传输完毕后，两个方向的连接必须都关闭。

TCP连接的建立是一个三次握手的过程，而TCP连接的终止则要经过四次握手：

    1.主机A想终止连接，于是发送一个标识了FIN，ACK的数据段，序列号为a，确认序列号为b。

    2.服务器A回应一个标识了ACK的数据段，序列号为b，确认序号为a+1，作为对主机A的FIN报文的确认。

    3.服务器A想终止连接，于是向主机A发送一个标识了FIN，ACK的数据段，序列号为b，确认序列号为a+1。

    4.主机A回应一个标识了ACK的数据段，序列号为a+1，确认序号为b+1，作为对服务器A的FIN报文的确认。

今天的知识点你学会了吗？