传输层TCP协议

Posted 2021-03-04 huangjiaping

Tcp协议概念

TCP（传输控制协议 Transmission Control Protocol）是一种传输层通信协议。它在应用程序间建立了一条虚拟链路。在TCP/IP协议中传输层具有四个主要任务：组包、通过滑动窗口实现连接控制、寻址和通过序号确认来提供可靠性。TCP具有6个特点：面向连接的传输；端到端的通信；高可靠性，确保传输数据的正确性，不出现丢失或乱序；全双工方式传输；采用字节流方式，即以字节为单位传输字节序列；紧急数据传送功能。

TCP报文和TCP首部结构

 TCP数据被封装在一个IP数据报中，传送的数据单位协议是 TCP 报文段。TCP报文段包含TCP首部和TCP数据部分。为了保证可靠性，发送的报文都有递增的序列号。序号和确认号用来确保传输的可靠性。此外，对每个报文都设立一个定时器，设定一个最大时延。对那些超过最大时延仍没有收到确认信息的报文就认为已经丢失，需要重传。TCP首部的结构如下：

 

◇ 源端口和目的端口：各占2字节。端口是传输层与应用层的服务接口，传输层的复用和分用功能都要通过端口才能实现。

◇ 序号：占4字节。TCP连接中传送的数据流中的每一个字节都编上一个序号。序号字段的值则指的是本报文段所发送的数据的第一个字节的序号。

◇ 确认号：占4字节，是期望收到对方的下一个报文段的数据的第一个字节的序号。

◇ 数据偏移：占4位，它指出 TCP报文段的数据起始处距离TCP报文段的起始处有多远。“数据偏移”的单位是32位字(以4字节为计算单位)。

◇ 保留：占6位，保留为今后使用，但目前应置为0。

◇ 紧急URG：当URG=1时，表明紧急指针字段有效。它告诉系统此报文段中有紧急数据，应尽快传送(相当于高优先级的数据)。

◇ 确认ACK：只有当ACK=1时确认号字段才有效。ACK=0时，确认号无效。

◇ 推送PSH：当TCP收到PSH = 1的报文段,就尽快地交付接收应用进程，而不再等到整个缓存都填满了后再向上交付。

◇ 复位RST ：当RST=1时，表明 TCP 连接中出现严重差错（如由于主机崩溃或其他原因），必须释放连接，然后再重新建立运输连接。

◇ 同步SYN：SYN = 1表示这是一个连接请求或连接接受报文。

◇ 终止 FIN：用来释放一个连接。FIN=1表明此报文段的发送端的数据已发送完毕，并要求释放运输连接。

◇ 检验和：占 2 字节。检验和字段检验的范围包括首部和数据这两部分，在计算检验和时，要在 TCP 报文段的前面加上12字节的伪首部。

◇ 紧急指针：占 16 位。指出在本报文段中紧急数据共有多少个字节（紧急数据放在本报文段数据的最前面）。

◇ 选项：长度可变。TCP最初只规定了一种选项，即 MSS(最大报文段长度Maximum Segment Size)。MSS 告诉对方 TCP：“我的缓存所能接收的报文段的数据字段的最大长度是 MSS 个字节。” MSS是 TCP 报文段中的数据字段的最大长度，数据字段加上TCP首部才等于整个的TCP报文段。

◇ 填充：为了使整个首部长度是 4 字节的整数倍。

◇ 窗口：占 2 字节。窗口字段用来控制对方发送的数据量，单位为字节。TCP 连接的一端根据设置的缓存空间大小确定自己的接收窗口大小，然后通知对方以确定对方的发送窗口的上限。

TCP协议的三个工作过程

TCP协议的工作经历三个阶段：连接建立，数据传输，连接释放。

1、连接建立：建立一个连接需要三次握手。

A向B发出连接请求报文段，其首部中的同步位SYN = 1，并选择序号seq = x，表明传送数据时的第一个数据字节的序号是x；

B收到连接请求报文段后，如果同意，则发回确认，使 SYN = 1，ACK = 1，确认号ack = x﹢1，选择的序号 seq = y；

A收到此报文段后向B给出确认，其 ACK = 1，确认号ack = y﹢1，并通知上层应用进程，连接已经建立。B收到主机 A 的确认后，也通知其上层应用进程TCP连接已经建立。

2、数据传输：连接建立后即可进行数据传输。

3、连接释放：终止一个连接要经过四次握手。

 

数据传输结束后，通信的双方都可释放连接。例如：A的应用进程先发出连接释放报文段，并停止再发送数据，主动关闭TCP连接。A 把连接释放报文段首部的FIN = 1,其序号seq = u，等待B的确认。

B发出确认，确认号ack = u＋1，而这个报文段自己的序号seq =v。TCP服务器进程通知高层应用进程，从A到B这个方向的连接就释放了，TCP 连接处于半关闭状态。若B 发送数据，A仍要接收。

若B已经没有要向A发送的数据，其应用进程就通知TCP释放连接。

A收到连接释放报文段后，必须发出确认，在确认报文段中ACK = 1，确认号ack=w﹢1，序号seq = u + 1。

TCP连接必须经过时间2MSL后才真正释放掉，2MSL的时间是 为了保证 A 发送的最后一个ACK报文段能够到达B。防止“已失效的连接请求报文段”出现在本连接中。A 在发送完最后一个ACK报文段后，再经过时间2MSL，就可以使本连接持续的时间内所产生的所有报文段，都从网络中消失。这样就可以使下一个新的连接中不会出现这种旧的连接请求报文段。