TCP详解——连接建立与断开

Posted 2020-10-13

一、报文结构介绍

　　在开始讲TCP连接过程时，还是先看看TCP报文的格式如图1所示。IP数据报此时由IP头部+TCP头部+TCP数据组成。不带选项的TCP头部是20字节长，而带选项的，TCP头部最长可达60字节。常见的选项包括最大的大小（MSS），时间戳（传输控制时使用）、窗口缩放（流量控制时使用）、选择性ACK（传输控制时使用）。我们来具体看下TCP头部字段如图2所示。

图1 IP数据报中TCP封装

　　图2所示的即是TCP头部的详细结构。源端口与目的端口和源IP及目的IP这四元组唯一标识每个TCP连接。序列号（Sequence Number）字段标识TCP的一端到另一端的数据流的第一个开始字节（例如发送端发送的数据总字节长度为1000字节，假定序列号从1开始，总的序列号是1-1000，TCP会给每个字节赋予一个序列号）。通过序列号来代表发送端到接收端的数据，接收端接收到数据后，即可通过确认号（ACK）来发送给发送端，让发送端知道数据已被接受。这个ACK号是由接收到的数据的序列号加1，代表接收端希望接收的下一个数据的序列号。（注：ACK是不占用序列号的，原因是接收端发送ACK给发送端后，发送端的ISN是等于此时接收到的ACK号）。

图2 TCP头部结构

　　头部长度的单位32bit，所以这也定义了TCP的长度最大为4*15=60字节。八个标志位中（CWR、ECE。。。等），这里先每个介绍，后面文章有用到时在另行介绍。我们来主要了解下ACK、SYN、FIN。ACK即确认，连接建立后一般都是启用状态。SYN用于初始化一个连接的同步序列号。当发送方已经结束数据的发送时，即发送FIN报文段给接收端。窗口大小在TCP流量控制中会重点讲解。

二、TCP连接的建立与终止

　　如图3所示即为TCP连接建立与终止的过程图。

图3 TCP连接的建立与终止

TCP建立的三次握手：

　　1、发送端发送一个SYN报文段（SYN位被置位），SYN中包含TCP目的端口和发送端的初始序列号（图中ISN(c)），同时携带着TCP选项数据。

　　2、接收端收到发送端连接请求后，接收端发送自己SYN报文段（包含ISN(s)），同时对发送端的SYN进行确认，如前所述，接收端发送的ACK是ISN(c)+1。此时ACK位与SYN位都被置位。接收端发送SYN+ACK到发送端。

　　3、发送端接收到接收端的SYN+ACK数据后，对ISN(s)进行确认，发送ACK为ISN(s)+1的报文段给接收端。

TCP断开的四次握手：

　　1、TCP协议规定通过发送一个FIN段（FIN被置位）来发起关闭操作，图3中发送端发送FIN段给接收端，告知它数据已发送完毕，请求断开TCP连接。同时FIN报文段还包含着对最近收到的数据进行ACK。

　　2、接收端接收端FIN报文段后，对FIN进行确认，发送ACK=k+1给发送端。

　　3、接收端将连接关闭发送给上层应用程序，由应用程序发起连接关闭操作。此时接收端由被动关闭连接壮成主动，并发送FIN报文段给发送端。报文的序列号为L（这里也可看出上一步骤中发送ACK序列号也为L，因为ACK不占用序列号，所以这里的FIN的序列号也为L）。

　　4、发送端接收到FIN后，发送回ACK给接收端后，TCP连接终止。如果FIN丢失，发送FIN的那端需要重新发送FIN，知道接收到ACK为止。

三：总结

　　如前所述，建立一个TCP连接需要3个报文段，而关闭TCP连接需要4个报文段。