确认号啥时候有意义

Posted 2023-03-24

参考技术A 【计算机通信网络复习】TCP协议 原创
2021-05-09 20:40:37

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1. TCP协议的报文格式
TCP报文也称为报文段（segment），分首部和数据两部分。首部的前20个字节是固定的，后面是选项，因此TCP首部最小长度是20字节。选项部分长度可变，最多为40字节。
TCP协议报文格式
（1）源/目的端口（16bits），端口号加上IP地址构成了一个套接字socket。
（2）序号（32bits），本报文段发送数据第一个字节序号，使用随机数产生器产生一个初始序号。
（3）确认号（32bits），当ACK=1时有意义，当ACK=0时没有意义。期望收到对方下次发送数据第一个字节序号。（也就是期望收到的下一个报文段的首部中的序号）由于序号字段长度为32bit，可对4GB数据进行编号，以保证序号重复使用时，旧序号数据早已在网络中消失。
（4）数据偏移（4bits），它指出数据开始的地方离TCP报文段的起始处有多远，这是由于TCP报文中含有选项和填充字段。实际上就是TCP报文段首部的长度，其值所表示的距离单位是32比特（以4字节为一个单元来计算的）。
（5）保留（6bits），供今后使用，目前置为0。
（6）控制比特（6bits）
紧急位URG：URG=1时，报文应尽快传送（相当于加速数据），不按原来顺序来传送。要与紧急指针（Urgent Pointer）字段配合使用。紧急指针指出在本报文段中的紧急数据的最后一个字节的序号。紧急指针使接收方可以知道紧急数据有多长。
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确认位ACK：ACK=1时有意义，代表这个数据包是响应数据包，与接收序号（确认序号）配合使用。
推送位PSH（PuSH）：PSH=1时，当两个进程进行交互式通信时，一端应用进程希望在输入一个命令之后能够立即得到对方的响应，立即创建一个报文段发送到对方。
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复位RST（ReSeT）：RST=1时，表明出现严重差错，必须释放连接，然后再重建连接。还可以用来拒绝一个非法报文段或拒绝打开一个连接。
同步位SYN：在建立连接时使用；SYN=1且ACK=0时，表明这是连接请求报文段。对方若同意建立连接，则应在发回的报文段中SYN=1且ACK=1。因此，SYN=1，就表示这是一个连接请求或连接接受报文，而ACK位的值用来区分是哪一种报文（请求/接受）。
终止位FIN（FINal）：FIN=1，表明发送字节已经发完，要求释放传输连接。
（7）窗口（16bits），用来控制对方发送的数据量。用接收方的接收能力来控制发送方的数据发送量，数值是动态变化的。
（8）校验和（32bits），包括首部和数据这两部分，要在TCP报文段的前面加上一个12字节伪首部。
TCP在校验前，需要根据IP数据包增加伪首部。伪首部增加了TCP校验和的检错能力：检查TCP报文是否收错了(目的IP地址)、传输层协议是否正确(传输层协议号)等。
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（9）紧急指针（16bits），同时与URG位并用，指明紧急数据之后正常数据的起始位置。
（10）选项（0-40bits），单字节选项有两个：选项结束和无操作。多字节选项有三个：最大报文段长度、窗口扩大因子以及时间戳。

2. TCP连接的建立与释放
2.1. TCP连接建立
（1）需要经过**“三次握手”**（Three-Way Handshake）。这是为了对每次发送的数据量进行跟踪与协商，确保数据段的发送和接收同步，根据所接收到的数据量而确认数据发送、接收完毕后何时撤消联系，并建立虚连接。
（2）TCP 连接建立的“三次握手”：
**最初，**客户端处于CLOSE（关闭）状态，服务器处于LISTEN（收听）状态。
第一次握手：客户端发送SYN包(seq=x, ack=y)到服务器，并进入SYN_SENT状态，等待服务器确认。
第二次握手：服务器收到客户端的SYN包必须确认，同时服务器也要发送SYN+ACK包(seq=y, ack=x+1)；服务器进入SYN_RECV状态。
第三次握手：服务器收到客户端的SYN包必须确认，同时服务器也要发送SYN+ACK包(seq=y, ack=x+1)；服务器进入SYN_RECV状态。
TCP连接的“三次握手”

2.2. TCP连接释放
（1）需要经过**“四次挥手”**（Four-Way Wavehand）。由于TCP连接是全双工的，因此每个方向都必须单独进行关闭。
（2）TCP 连接释放的“四次挥手”：
此时，客户端和服务器均处于ESTABLISHED状态。
第一次挥手：客户端向服务器发送FIN包(seq=u, ack=v)，进入FIN_WAIT_1状态；u=客户端上次发送最后一个字节序号加1。
第二次挥手：服务器收到FIN包后不回复FIN包，而回复ACK包(seq=v, ack=u+1)，v=服务器上次发送最后一个字节序号加1；服务器通知应用程序客户端要求关闭连接，服务器进入CLOSE_WAIT状态，即半关闭状态，此时客户端虽没有数据要发送，但服务器可能有数据要发送；客户端进入CLOSE_WAIT_2状态，且要等待一段时间。
第三次挥手：服务器将最后的数据发送完毕后，向客户端发送FIN包(seq=w, 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；服务器进入LAST_ACK状态，等待客户端确认。
第四次挥手：客户端收到FIN包后，向服务器发送ACK包(seq=u+1, ack=w+1)，表示连接彻底释放。
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3. TCP协议流量控制、拥塞控制
（1）TCP不是按传送的报文段编号。TCP将所要传送的整个报文（可能包括多个报文段）看成是由一个个字节组成的数据流，然后对每一个字节编号。在连接建立时，双方商定初始序号。TCP将每一次传送的报文段中的第一个数据字节的序号放在TCP首部的序号字段中。TCP的确认是对接收到的数据的最高序号（即收到的数据流中的最后一个序号）表示确认。但返回的确认序号是已收到的数据的最高序号加1。也就是确认序号即表示期望下次收到的第一个数据字节的序号。
（2）TCP采用滑动窗口方式进行流量控制。窗口大小以字节为单位。TCP报文段首部窗口字段的数值是当前设定的接收窗口数值。发送窗口在连接建立时由双方商定，但在通信的过程中，接收方可根据自己的资源情况，随时动态地调整接收窗口的大小，然后告诉发送方，使发送方的窗口和自己的接收窗口一致。
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（3）拥塞控制用于防止由于过多的报文进入网络，而造成路由器与链路过载。
拥塞窗口：源端一次最多能发送的数据包数量。
门限窗口：拥塞窗口按指数增长还是线性增长的界限。
拥塞控制技术：
慢开始：每出现一次拥塞超时，拥塞窗口都降低到1。
拥塞避免：当拥塞窗口增大到门限窗口值时，就将拥塞窗口指数增长速度降低为线性增长，避免网络再次出现拥塞。
加速递减：每出现一次拥塞超时，就将门限窗口值减半。
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TCP每发送一个报文段，就设置一次定时器。只要定时器设置的重发时间已到而没有收到确认，就要重发这一报文段。计算往返时延的自适应算法（加权法）：
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网络技能树跨区域网络的通信学习网络层的作用
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