TCP协议

Posted 2020-12-12 128-cdy

TCP（Transmission Control Protocol）传输控制协议，面向连接的传输协议，在传输层。

TCP协议特点

• 面向连接：通信之前必须建立连接，通信后断开连接
• 每一个TCP连接只能是点对点的（一对一）
• 提供的可靠的交付服务：通过TCP连接传输的数据，无差错，不丢失，不重复
• 提供全双工通信
• 面向字节流：TCP中的传输数据是以流的形式传输
• TCP的首部占20字节

TCP报文头

源端口

源端口占用16bit位，表示发送方主机进程占用的端口号，通过端口可以表时主机上的某一个应用

目的端口

目的端口占用16bit位，表示的是目的主机的端口号，网络通信连接接收方需要用IP+端口，IP在网络层，端口就在传输层记录， 端口号的个数 2^16 =65536

序号

序号占用32位，对发送的数据进行编号，接收方返回的确认序号就是下一个发送包的编号

确认号

确认号32位，确认号接收端发送给发送端的确认编号，表示该编号之前的数据都成功接收，接收端接收到该消息之后就可以继续发送后续的报文

报头长度（数据偏移）

占用了4个bit位，以32位（4字节）即字长为单位，报头的长度是可变的，最大是60个字节（占用4个bit位，2^4=15， 15 *4(字节) =60字节）

保留位

保留位占6位，必须全为0

标志位

标志位占6bit，存在6个标志，每个占用一个bit，如果有效则置为1，依次URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN

 URG：该位为1表示TCP包的紧急指针有效，督促上层应用尽快的处理紧急处理

 ACK：确认号有效

 PSH：push操作，该标志位为1接收方应尽快将报文交给应用层

 RST：（rest）连接复位，在通信过程找那个存在主机奔溃或其他原因早成连接错误，用该标志位来拒绝连接

 SYN：是一个同步序号，通常是与ACK合用来建立连接，三次握手

 FIN：需要端口连接时用到该标志位

窗口大小

占用16bit位，TCP中用来进行流量控制，通过窗口可以告知发送方窗口的大小，通过动态的控制发送窗口大小来控制发送到网络中包的大小，网络通畅时发送大的数据包，网络发送拥塞时发送小的数据包

检验和

占用16bit，通过对首部和数据进行校验来判断当前包是否正确

紧急指针

只有当URG标志置为1时才有效，紧急指针是一个正的偏移，和序号字段中的是相加表示紧急指针的最后的序号，TCP的紧急方式发送一条数据给接收端

三次握手

 

 

 过程：

1. 第一次握手：客户端发送请求到服务端，并且进入到SYN-SENT状态，等待服务端确认。(SYN = 1,seq(序号) = x)
2. 第二次握手：服务端接收到连接请求，如果同意连接，向客户端发回确认报文段，服务端进入到SYN_RCVD状态。（SYN = 1，ACK = 1,seq = y,ack(确认号) = x+1）--->当收到确认后，表示 ack = x+1前（即序号x）的数据全部都接收到了。
3. 第三次握手：客户端接收到服务端的确认报文，再向服务端发出确认报文，客户端和服务端都进入到ESTAB-LEISHED状态，可以进行双向通讯。（ACK = 1，seq = x+1,ack = y+1）

注:

TCP可以是两次握手嘛？

       TCP的三次握手不能改成两次握手，是为了防止已经过期的连接重新连接上。

       如果只有前两次握手的情况下：假如在网络拥塞的情况下，客户端向服务端发出了第一次握手请求，由于客户端么有接收到来自服务端的ack确定，在饱和机制的影响，便再次发出请求，但是在某种原因下比上次的请求先到达到服务端，然后服务端直接给客户端回复了ack请求，此时客户端是可以给服务端发送数据的，如果此时客户端给服务端发送一个很小的数据包，发送完很快就断开了连接，而此时第一次的连接请求到达到服务端（其实本次请求应该是无效的），而在基于两次握手的情况下服务器端无法判断该请求的有效性，从而再次建立连接，因为本次要发送的数据与前面已经发送的数据包一致，因此此次连接是无意义的，相当于白白建立了连接。（三次握手的情况下，由于是客户端发送的请求，它能够识别第二次握手是否是重复的请求，便不会给客户端回应ack进行第三次握手，连接就无法建立）。

四次挥手

 

 

 过程：

1. 第一次挥手  客户端向服务端发送断开连接报文段，客户端进入FIN-WAIT-1状态（FIN = 1，seq=u）

2. 第二次挥手  服务端接收到客户端的请求报文后，确认客户端的消息，由服务端回复客户端一个ACK报文，服务端进入到CLOSE-WAIT状态（ACK=1，seq=v, ack=u+1），客户端接收到第二次挥手消息后进入到FIN-WAIT-2状态，这时客户端不能给服务端发送消息，但服务端可以继续给客户端发送消息（单通道通信）

3. 第三次挥手  服务端向客户端发送断开报文段，服务端进入到LAST-ACK状态（FIN = 1，ACK = 1，seq = w,ack = u+1）
4. 第四次挥手  客户端接收到服务端发送的请求报文后，向服务端发送一个确认消息，客户端进入到TIME-WAIT状态。在等待2MSL时间后才进入到CLOSED状态，服务端接收到客户端的消息后进入到CLOSED状态（ACK = 1，seq = u+1,ack = w+1）

注:

TCP可以是三次挥手嘛？

       不可以，如果是三次挥手（由于第二次和第三次都是由服务端发出，如果这两次挥手统一看成是第二次挥手的情况），可能会造成数据的丢失，（第三次挥手到达要早于数据传输的情况），第二次与第三次挥手间会进行数据的传输。如果么有第四次挥手，便会进行超时重传；但是是存在三次挥手的可能，那就是客户端和服务端同时发起挥手。

 第四次挥手后需要等待2MSL的原因：    

        为了保证发送的最后一个ACK到达服务端；防止已经失效的连接请求报文段出现在本次连接中。

 

TCP发送数据

 

 

TCP的包发送和接收存在两个缓冲区，一个是发送缓冲区，一个是接收缓冲区。

发送缓冲区：TCP传输层数据包有大小限制，如果包过大的话，拆分成多个TCP包，发送的数据包过小，等待多个应用层消息打包成一个TCP的数据包进行发送  TCP报文头至少是20个字节

接收缓冲区：数据是没有明确的边界，接收数据是没办法指定一个或者多个消息一起读，只能选择一次读取多大的数据流，而这个数据流中包含着某个消息包的一部分数据