传输控制协议TCP

Posted 2020-09-08 杨静远

 

1、TCP简介

TCP（Transmission Control Protocol 传输控制协议）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。

TCP是运输层的重要协议，运输层是位于IP层之上，应用层之下的中间层。应用层向运输层发送用于网间传输的、用8位字节表示的数据流，然后运输层把数据流分区成适当长度的报文段。之后运输层把结果包传给IP层，由它来通过网络将包传送给接收端实体的运输层。为了保证不发生丢包，给每个包一个序号，同时序号也保证了传送到接收端实体的包的按序接收。然后接收端实体对已成功收到的包发回一个相应的确认（ACK），如果发送端实体在合理的往返时延（RTT）内未收到确认，那么对应的数据包就被假设为已丢失将会被进行重传。TCP协议用一个校验和函数来检验数据是否有错误。

2、TCP报文段的首部

TCP报文段分为首部和数据两部分，首部格式如下图。

 

源、目标端口号字段：占16比特。TCP协议通过使用"端口"来标识源端和目标端的应用进程。端口号可以使用0到65535之间的任何数字。在收到服务请求时，操作系统动态地为客户端的应用程序分配端口号。在服务器端，每种服务在"众所周知的端口"（Well-Know Port）为用户提供服务。

顺序号字段：占32比特。用来标识从TCP源端向TCP目标端发送的数据字节流，它表示在这个报文段中的第一个数据字节。　　

确认号字段：占32比特。只有ACK标志为1时，确认号字段才有效。它包含目标端所期望收到源端的下一个数据字节。　　

头部长度字段：占4比特。给出头部占32比特的数目。没有任何选项字段的TCP头部长度为20字节；最多可以有60字节的TCP头部。　　

标志位字段（U、A、P、R、S、F）：占6比特。各比特的含义如下：　　

URG：紧急指针（urgent pointer）有效。　　

ACK：确认序号有效。　　

PSH：接收方应该尽快将这个报文段交给应用层。　　

RST：重建连接。　　

SYN：发起一个连接。　　

FIN：释放一个连接。　　

窗口大小字段：占16比特。此字段用来进行流量控制。单位为字节数，这个值是本机期望一次接收的字节数。　　

TCP校验和字段：占16比特。对整个TCP报文段，即TCP头部和TCP数据进行校验和计算，并由目标端进行验证。　　

紧急指针字段：占16比特。它是一个偏移量，和序号字段中的值相加表示紧急数据最后一个字节的序号。　　

选项字段：占32比特。可能包括"窗口扩大因子"、"时间戳"等选项。

3、TCP数据编号与确认

TCP能够实现可靠数据传输是通过TCP数据标号与确认来实现的。TCP每次发送的报文段首部中序号字段的值，就表示该报文段中数据部分的第一个字节的序号。由于TCP报文段首部中序号字段占4个字节，所以能够标志4GB数据。

TCP数据的确认指的是对已经收到的数据的最后一个字节进行确认，接收端返回的确认序号指的就是该接收端期望下次收到数据中的第一个字节序号的值。举例来说就是，接收端受到了1-300这300个自己的值，那么他返回的确认序号就是301，这样发送端就会从301开始发送，如果发送端发送的是1—400，但是接收端返回的是301，说明301到400这一段接收端没有接受到，那么发送端就要把这一段再发送一遍。这样就能够很好的保护准确性。

4、TCP的流量控制

TCP协议中通常采用大小可变的滑动窗口来进行流量控制。发送窗口指的就是数据通信过程中一次能够发送的最大字节数。举例来说明这个滑动窗口的用法，一段数据有1000个字节，每个报文段100个字节，那就是总共用10个报文段。第一次发送可以发送前5个报文段，后5个是不可以发送的。如果前五个中发送了1、2、3这3个报文段，接收端返回确认已经收到这3个报文段，那么下一次可以发送的就是4、5、6、7、8、这5个报文段，就像一个滑动的窗口一样，在这个窗口里的就是可以发送的，窗口前十已经发送确认接收到的报文，后边的暂时不能发送的报文。这个窗口怎么来实现，其实就是一个发送端的一个指针，该指针指向的就是下一个即将被发送的数据。