TCP协议

Posted 2020-11-22 readerinmarch-

TCP协议全称: 传输控制协议（Transmission Control Protocol ）, 顾名思义, 就是要对数据的传输进行一定的控制.

TCP头部:

　　

16位源端口号/16位目的端口号:：表示数据从哪个进程来, 到哪个进程去.

16位数据序号：表示在这个报文段中的第一个数据字节序号

16位确认序号：仅当ACK标志为1时有效。确认号表示期望收到的下一个字节的序号

4位首部长度:：表示该tcp报头有多少个4字节(32个bit)

6位保留:：顾名思义, 先保留着, 以防万

6位标志位：

URG: 标识紧急指针是否有效
ACK: 标识确认序号是否有效
PSH: 用来提示接收端应用程序立刻将数据从tcp缓冲区读走
RST: 要求重新建立连接. 我们把含有RST标识的报文称为复位报文段
SYN: 请求建立连接. 我们把含有SYN标识的报文称为同步报文段
FIN: 通知对端, 本端即将关闭. 我们把含有FIN标识的报文称为结束报文段

16位窗口大小：代表的是窗口的字节容量，也就是TCP的标准窗口最大为2^16 - 1 = 65535个字节

16位检验和:：由发送端填充, 检验形式有CRC校验等. 如果接收端校验不通过, 则认为数据有问题. 此处的校验和不光包含TCP首部, 也包含TCP数据部分.

16位紧急指针:：用来标识哪部分数据是紧急数据.

TCP的三次握手：

　　

1. 客户端发送SYN（SEQ=x）报文给服务器端，进入SYN_SEND状态。
2. 服务器端收到SYN报文，回应一个SYN （SEQ=y）ACK(ACK=x+1）报文，进入SYN_RECV状态。
3. 客户端收到服务器端的SYN报文，回应一个ACK(ACK=y+1）报文，进入Established状态。

TCP的四次握手：

　　

　　(1) 某个应用进程首先调用close，称该端执行“主动关闭”（active close）。该端的TCP于是发送一个FIN分节，表示数据发送完毕。

　　(2) 接收到这个FIN的对端执行 “被动关闭”（passive close），这个FIN由TCP确认。

　　注意：FIN的接收也作为一个文件结束符（end-of-file）传递给接收端应用进程，放在已排队等候该应用进程接收的任何其他数据之后，因为，FIN的接收意味着接收端应用进程在相应连接上再无额外数据可接收。

　　(3) 一段时间后，接收到这个文件结束符的应用进程将调用close关闭它的套接字。这导致它的TCP也发送一个FIN。

　　(4) 接收这个最终FIN的原发送端TCP（即执行主动关闭的那一端）确认这个FIN。

 

TCP状态机：

　　

（1）CLOSED 状态时初始状态。

（2）LISTEN:被动打开，服务器端的 状态变为LISTEN(监听)。被动打开的概念：连接的一端的应用程序通知操作系统，希望建立一个传入的连接。这时候操作系统为连接的这一端建立一个连 接。与之对应的是主动连接：应用程序通过主动打开请求来告诉操作系统建立一个连接。

（3）SYNRECVD:服务器端收到SYN后，状态为SYN；发送SYN ACK;

（4）SYN_SENTY:应用程序发送SYN后，状态为SYN_SENT；

（5）ESTABLISHED:SYNRECVD收到ACK后，状态为ESTABLISHED； SYN_SENT在收到SYN ACK，发送ACK，状态为ESTABLISHED；

（6）CLOSE_WAIT:服务器端在收到FIN后，发送ACK，状态为CLOSE_WAIT；如果此时服务器端还有数据需要发送，那么就发送，直到数据发送完毕；此时，服务器端发送FIN，状态变为LAST_ACK;

（7）FIN_WAIT_1：应用程序端发送FIN，准备断开TCP连接；状态从ESTABLISHED——>FIN_WAIT_1；

（8）FIN_WAIT_2：应用程序端只收到服务器端得ACK信号，并没有收到FIN信号；说明服务器端还有数据传输，那么此时为半连接；

（9）TIME_WAIT:有两种方式进入 该状态：1、FIN_WAIT_1进入：此时应用程序端口收到FIN+ACK（而不是像FIN_WAIT_2那样只收到ACK，说明数据已经发送完毕）并 向服务器端口发送ACK；2、FIN_WAIT_2进入：此时应用程序端口收到了FIN，然后向服务器端发送ACK；TIME_WAIT是为了实现TCP 全双工连接的可靠性关闭，用来重发可能丢失的ACK报文；需要持续2个MSL(最大报文生存时间)：假设应用程序端口在进入TIME_WAIT后，2个 MSL时间内并没有收到FIN,说明应用程序最后发出的ACK已经收到了；否则，会在2个MSL内在此收到ACK报文；

流量控制：

拥塞控制： 

　　

　　慢开始算法的思路就是：最初的TCP在连接建立成功后会向网络中发送大量的数据包，这样很容易导致网络中路由器缓存空间耗尽，从而发生拥塞。因此新建立的连接不能够一开始就大量发送数据包，而只能根据网络情况逐步增加每次发送的数据量，以避免上述现象的发生。具体来说，当新建连接时，cwnd初始化为1个最大报文段(MSS)大小，发送端开始按照拥塞窗口大小发送数据，每当有一个报文段被确认，cwnd就增加至多1个MSS大小。用这样的方法来逐步增大拥塞窗口CWND。

　　拥塞避免算法思路：让拥塞窗口缓慢增长，即每经过一个往返时间RTT就把发送方的拥塞窗口cwnd加1，而不是加倍。这样拥塞窗口按线性规律缓慢增长。

　　无论是在慢开始阶段还是在拥塞避免阶段，只要发送方判断网络出现拥塞（其根据就是没有收到确认，虽然没有收到确认可能是其他原因的分组丢失，但是因为无法判定，所以都当做拥塞来处理），就把慢开始门限设置为出现拥塞时的发送窗口大小的一半。然后把拥塞窗口设置为1，执行慢开始算法。这样做的目的就是要迅速减少主机发送到网络中的分组数，使得发生拥塞的路由器有足够时间把队列中积压的分组处理完毕。