TCP（控制传输协议）详解

Posted 2021-10-20 baoziy

1、传输层概述

• 在OSI参考模型中，网络层是面向通信的最高层但同时也是面向用户程序的最底层。
• 传输层的主要作用：
  • 复用：在发送端，多个应用程序公用一个传输层；
  • 分用：在接收端，传输层把从网络层接收到的数据报拆掉IP报头之后依据端口号分派给不同的应用程序
• 传输层和网络层的主要区别：
  • 网络层为不同主机提供通信服务，而传输层为不同主机的不同应用程序提供通信服务；
  • 网络层指对报文头部进行差错检验，而传输层会对整个报文进行差错检验

2、TCP协议的特点

• 面向连接的：双方通信之前需要建立连接，通信完成之后还要释放连接
• 提供可靠的数据交付服务：TCP协议提交的数据保证和发送方发送的数据是完全一致的
• 提供点到点的通信服务
• TCP传输是面向字节流的，传输过程中数据被划分成一个个的数据报，但这只是为了传输方便
• TCP是全双工通信，通信双方都能作为发送端发送数据，也能作为接收端接收数据

3、三次握手：当TCP协议中通信双方建立连接的过程称之为三次握手

备注：在TCP协议中，主动发起请求的一方成为客户端，被动接收请求的一方为服务端，但不管是客户端还是服务端，TCP连接建立完成之后都能发送和接收数据。起初，服务器和客户端都为CLOSED状态。在通信开始前，双方都得创建各自的传输控制块（TCB）。服务器创建完TCB后遍进入LISTEN状态，此时准备接收客户端发来的连接请求。

第一次握手：客户端向服务端发送一个建立连接的请求报文，此时的报文头部信息中SYN=1，ACK=0，seq=x，请求报文发送之后客户端便进入了SYN-SENT状态。

• SYN=1，ACK=0表示该报文段为连接请求报文。
• x为本次TCP通信的字节流的初始序号。

第二次握手：服务端收到客户端的连接请求的报文后，如果同意连接，则会向客户端发送一个应答报文：SYN=1，ACK=1，seq=y,ack=x+1

服务端在发送完这个报文之后就进入了SYN-RCVD状态。

• SYN=1，ACK=1表示该报文段为连接同意的应答报文
• seq=y表示服务端作为发送者时，发送字节流的初始序号。
• ack=x+1表示服务端希望下一个数据报发送序号从x+1开始的字节。

第三次握手：当客户端收到服务端的连接同意的应答报文后，还要向服务端发送一个确认报文段，表示：服务端发送的连接请求的应答报文已经成功收到。

4、四次挥手：当TCP协议中通信双方释放连接的过程称之为四次挥手

备注：TCP连接是双向的，所以前两次挥手用于断开一个方向的连接，后两次回收用于断开一个方向的连接。

第一次挥手：

　　当A认为发送给B的数据已经全部发送完毕，则A主动向B发送释放连接的请求报文，此时，A将进入FIN-WAIT-1状态。

第二次挥手：

　　当B接收到A发送的请求断开连接的报文之后，会通知相应的程序从A发送到B的数据已经全部完成，并且从A到B的连接将会断开。此时的B将进入 CLOSE-WAIT状态，并且会向A发送同意断开连接的应答报文。

　　A收到该应答之后，进入FIN-WAIT-2状态，等待B发送连接释放请求。

　　第二次挥手完成后，A到B方向的连接已经释放，B不会再接收数据，A也不会再发送数据。但B到A方向的连接仍然存在，B可以继续向A发送数据。

第三次挥手：

　　当B向A发送完所有的数据之后，B会向A发送连接释放的请求。此时的B便进入LAST-ACK状态。

第四次挥手：

　　A收到释放请求后，向B发送确认断开连接的应答报文，此时A进入TIME-WAIT状态。该状态会持续2MSL时间，若该时间段内没有B的重发请求的话，就进入CLOSED状态，撤销TCB。当B收到确认应答后，也便进入CLOSED状态，撤销TCB。

5、为什么连接建立需要三次握手，而不是两次握手？

防止失效的连接请求报文段被服务端接收，从而产生错误。

　　若建立连接只需两次握手，客户端其实并没有太大的变化，仍然需要在获得服务端的应答后才进入ESTABLISHED状态，而服务端在收到连接请求后就进入ESTABLISHED状态。如果在客户端发送连接请求的时候网络拥塞，客户端发送的连接请求迟迟到不了服务端，客户端便会超时重发请求，此时如果服务端正确接收连接请求并确认应答，双方便开始通信，通信结束后释放连接。

　　此时如果那个失效的连接请求抵达了服务端，由于只有两次握手，服务端收到请求就会进入ESTABLISHED状态，等待接收数据或主动发送数据，但此时的客户端早已进入CLOSED状态，服务端将会一直等待下去，这样浪费服务端连接资源。

6、为什么A要先进入TIME-WAIT状态，等待2MSL时间后才进入CLOSED状态？

　　为了保证第四次挥手之后B能够接收到A的确认应答的报文。 因为A发完确认应答报文后直接进入CLOSED状态，那么如果该应答丢失，B等待超时后就会重新发送连接释放请求，但此时A已经关闭了，不会作出任何响应，因此B永远无法正常关闭。