TCP协议（一）

TCP协议

TCP 是传输层中的协议。

包头格式

特点

  • 面向连接。客户端与服务端都需要建立一定数据结构来维护双方的状态
  • 提供可靠交付。无差错、按顺序、不重复、不丢失，尽最大努力传送
  • 面向字节流。传送的数据并不是完整有头有尾的内容，而是按字节计算的
  • 可以流量控制。发送方根据接收方的接收能力调整发送速度
  • 可以拥塞可控制。根据网络情况调整发送的速度

三次握手

TCP 的连接与包头中的信号位、序号、确认序号有关。以下是一次 TCP 三次握手连接的客户端与服务器的状态时序图。

  1. 发送一个 SYN 被置为1，ACK为0的请求则视为连接请求
  2. 如果对方同意连接，则在应答报文中将 SYN 和 ACK 都置为1
  3. 请求方收到应答报文后，会再发送一个应答报文给对方

TCP 规定在连接建立后的所有传输报文都必须把 ACK 置 1

经历上述三次握手后，才算是个完整的 TCP 连接。下图是使用 wireshark 抓取的 TCP 三次握手数据包。

为什么是三次握手

可靠的连接就是双方都可到达对方。为什么需要三次，而不是两次？按理说，两个人说话，你一句我一句这对话算是对上了？为了可靠，那为什么不是四次？

两次握手

A 发送请求给 B，B 发送应答给 A，就完成了两次握手，双方建立连接。

会出现的问题：

  • A 发送请求给 B，B 发送应答给 A，然后 A 挂了，B 懵了
  • A 发送请求给 B，因为网络不好，A 没收到 B 的应答，继续尝试发送请求包。终于收到应答包，两人愉快通信，然后关闭连接。这时，A 上次尝试发送的请求包绕路回来了，B 一看，美滋滋应答了，但是 A 并没打开连接，所以 B 就会懵了

所以两次握手不可靠。

四次握手

第三次握手是为了解决 B 是否真的可以建立连接状态，需要有 A 的回应。那有小朋友就问了，那第三次没握上怎么办？

其实对于 A 来说，在第二次握手后即收到 B 的应答后，就可以进入连接状态了，因为对于 A 发送的消息是有回应的。即使第三次握手的数据包丢失了，B 没有收到 A 发送的应答，但是在大部分情况下 A 在进入连接状态后会马上发送数据，到达 B 后，B 就可以认为这个连接已经建立。

消息有来有回

还有情况是，A 连接后不发送数据，开启 keepalive 机制，但是即使没有真实的数据，也有探活包。对于 B，可以主动关闭不发包的客户端。

包序号的问题

三次握手除了建立连接，还有沟通包的起始序号的作用。下图为客户端发送 TCP 数据包的 wireshark 抓包截图。

  • 每次连接的起始序号是随时间变化的计数器，每4微秒加一。为了避免遇到上一次连接的包，而错误接收
  • 第二个包的序号为起始序号加一。
  • 其他包的序号为上一个序号加 TCP payload 的字节长度。

四次挥手

简单来说，TCP 的报文传输是需要有回应的，A 发送带关闭位 FIN 请求给 B 后，B 回应 A，就算两次挥手。因为 B 是被通知的一方，总是有可能会有些事情没有处理完而不能关闭，所以 B 可以关闭时，发送关闭请求 FIN 给 A，而 A 也需要回应，总共就四次挥手。

当进入 FIN_WAIT 状态后，如果对方没有响应，在 Linux 中可以设置 tcp_fin_timeout 这个参数确定超时时间。TIME_WAIT 是为了等待对方没有收到回应而再发送 FIN 时可以做出回应，还有确保下个使用该端口的应用不会收到还在路上未到的包，简单来说就是等待包都超过最大生存时间（MSL）。

我断开你知道，你断开我知道，你知道『我知道』


参考

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