TCP协议

Posted 2021-01-03 zzuli

重点知识点：四层协议

1.OSI七层协议和TCP/IP四层协议

OSI：从上到下为应用层、表示层、会话层、网络层、运输层、数据链路层、物理层

TCP/IP四层协议：从上到下为应用层（应用层、表示层、会话层）、网络层、运输层、网络接口层（数据链路层和物理层）；

2.TCP报文结构

1、端口号：用来标识同一台计算机的不同的应用进程。

1）源端口：源端口和IP地址的作用是标识报文的返回地址。

2）目的端口：端口指明接收方计算机上的应用程序接口。

TCP报头中的源端口号和目的端口号同IP数据报中的源IP与目的IP唯一确定一条TCP连接。

2、序号和确认号：是TCP可靠传输的关键部分。序号是本报文段发送的数据组的第一个字节的序号。在TCP传送的流中，每一个字节一个序号。e.g.一个报文段的序号为300，此报文段数据部分共有100字节，则下一个报文段的序号为400。所以序号确保了TCP传输的有序性。确认号，即ACK，指明下一个期待收到的字节序号，表明该序号之前的所有数据已经正确无误的收到。确认号只有当ACK标志为1时才有效。比如建立连接时，SYN报文的ACK标志位为0。

3、数据偏移／首部长度：4bits。由于首部可能含有可选项内容，因此TCP报头的长度是不确定的，报头不包含任何任选字段则长度为20字节，4位首部长度字段所能表示的最大值为1111，转化为10进制为15，15*32/8 = 60，故报头最大长度为60字节。首部长度也叫数据偏移，是因为首部长度实际上指示了数据区在报文段中的起始偏移值。

4、保留：为将来定义新的用途保留，现在一般置0。

5、控制位：URG  ACK  PSH  RST  SYN  FIN，共6个，每一个标志位表示一个控制功能。

1）URG：紧急指针标志，为1时表示紧急指针有效，为0则忽略紧急指针。

2）ACK：确认序号标志，为1时表示确认号有效，为0表示报文中不含确认信息，忽略确认号字段。

3）PSH：push标志，为1表示是带有push标志的数据，指示接收方在接收到该报文段以后，应尽快将这个报文段交给应用程序，而不是在缓冲区排队。

4）RST：重置连接标志，用于重置由于主机崩溃或其他原因而出现错误的连接。或者用于拒绝非法的报文段和拒绝连接请求。

5）SYN：同步序号，用于建立连接过程，在连接请求中，SYN=1和ACK=0表示该数据段没有使用捎带的确认域，而连接应答捎带一个确认，即SYN=1和ACK=1。

6）FIN：finish标志，用于释放连接，为1时表示发送方已经没有数据发送了，即关闭本方数据流。

6、窗口：滑动窗口大小，用来告知发送端接受端的缓存大小，以此控制发送端发送数据的速率，从而达到流量控制。窗口大小时一个16bit字段，因而窗口大小最大为65535。

7、校验和：奇偶校验，此校验和是对整个的 TCP 报文段，包括 TCP 头部和 TCP 数据，以 16 位字进行计算所得。由发送端计算和存储，并由接收端进行验证。

8、紧急指针：只有当 URG 标志置 1 时紧急指针才有效。紧急指针是一个正的偏移量，和顺序号字段中的值相加表示紧急数据最后一个字节的序号。 TCP 的紧急方式是发送端向另一端发送紧急数据的一种方式。

9、选项和填充：最常见的可选字段是最长报文大小，又称为MSS（Maximum Segment Size），每个连接方通常都在通信的第一个报文段（为建立连接而设置SYN标志为1的那个段）中指明这个选项，它表示本端所能接受的最大报文段的长度。选项长度不一定是32位的整数倍，所以要加填充位，即在这个字段中加入额外的零，以保证TCP头是32的整数倍。

10、数据部分： TCP 报文段中的数据部分是可选的。在一个连接建立和一个连接终止时，双方交换的报文段仅有 TCP 首部。如果一方没有数据要发送，也使用没有任何数据的首部来确认收到的数据。在处理超时的许多情况中，也会发送不带任何数据的报文段。

3.TCP和UDP区别

TCP：面向连接、可靠、速度慢、效率低

UDP：不面向连接、不可靠、速度快、效率高

4.TCP三次握手和四次挥手以及TimeWait作用

参考：

https://www.cnblogs.com/Jessy/p/3535612.html

TimeWait作用：

1。防止上一次连接中的包，迷路后重新出现，影响新连接
  （经过2MSL，上一次连接中所有的重复包都会消失）
2。可靠的关闭TCP连接
  在主动关闭方发送的最后一个ack(fin) ，有可能丢失，这时被动方会重新发
  fin, 如果这时主动方处于CLOSED 状态 ，就会响应rst 而不是ack。所以
  主动方要处于TIME_WAIT 状态，而不能是CLOSED 。
TIME_WAIT 并不会占用很大资源的，除非受到攻击。
还有，如果一方send 或recv 超时，就会直接进入CLOSED 状态

5.TCP拥塞机制

（1）在通信子网出现过多数据包的情况，使得网络的性能下降，甚至不能正常工作，这种现象就称为拥塞。

（2）网络拥塞的成因主要有三：1、处理器的速度太慢。2、线路容量的限制。3、节点输出包的能力小于输入包的能力。

（3）拥塞控制与流量控制是相关的，流量控制在数据链路层对一条通信路径上的流量进行控制，其的是保证发送者的发送速度不超过接收者的接收速度，它只涉及一全发送者和一个接收者，是局部控制。拥塞控制是对整个通信子网的流量进行控制，其目的是保证通信子网中的流量与其资源相匹配，使子网不会出现性能下降和恶化、甚至崩溃，是全局控制。

（4）拥塞控制的最终目标是：1、防止由于过载而使吞吐量下降，损失效率；2、合理分配网络资源；3、避免死锁；4、匹配传输速度。

（5）对拥塞控制，可用的方法有两类：开环控制和闭环控制。
1、开环控制的思想是通过良好的设计避免拥塞问题的出现，确保拥塞问题在开始时就不可能发生。开环控制方法包括何时接受新的通信何时丢弃包、丢弃哪些包。其特点是在作出决定时不考虑网络当前的状态。
2、闭环控制的思想是反馈控制。即通过将网络工作的动态信息反馈给网络中节点的有关进程，节点根据网络当前的动态信息，调整转发数据包的策略。闭环控制过程包括三部分： ①监视系统  检测网络发生或将要发生拥塞的时间和地点。②报告  将监视中检测到的信息传送到可以进行拥塞控制的节点。③决策  调整系统的操作行为，以解决问题。

（6）对应于开环控制的方法有：（基于拥塞预防）

1、预定缓冲区 2、合理分配缓冲区 3、通信量整形法（A、许可证算法，B、漏桶算法，C、令牌漏桶算法。）

对应于闭环控制的方法有：（基于拥塞抑制，即拥塞出现或即将出现时采取适当的措施进行控制，直到消除拥塞）

1、阻塞包法。 2、负载丢弃法

6.TCP滑动窗口控制流量

 

https://www.cnblogs.com/luoquan/p/4886345.html