最详细的TCP协议介绍

基础介绍

TCP/UDP是属于TCP/IP五层协议中的传输层协议。

TCP和UDP的区别：

TCP是点对点，可靠的（丢失重传，按序到达），面向连接的（传输数据需要先建立连接），传输效率较低。

UDP是支持一对一，一对多，多对多，不可靠的，无连接的（即发送数据之前不需要建立连接），传输效率较高。

 

TCP的报文结构：

 

                                                     （图片来源于网络，侵删）

Port：端口号，总共16位，所以范围是0~65535，其中小于256都是常用端口。

Sequence Number：记录当前TCP包的序列号，会与时间戳结合判断当前包的顺序。

为何需要结合时间戳：

• seq只有32位，当seq发送超过32位时，会归零后继续统计，如果序号2^32-1和序号0，需要判断这个包的顺序的话，就可以使用时间戳来识别哪个包的先后。
• 有时候TCP传输会因为网络原因传输比较慢，如果触发重发后，接收回应的时间较短，需要通过时间戳来判断也许是上一个序号包的回应。

Acknowledgment Number：回应已接收系列号为ack-1的数据，希望下一个序列号是ack

SYN：synchronous 建立连接

ACK：acknowledgment 确认

RST：reset 异常关闭

FIN：finish 终结连接

URG：urgent 紧急数据

PSH：Push立即把数据提交给上层，而不是缓存起来

CWR：接收ECE标志后，减少滑动窗口大小标志

ECE：网络线路拥堵

Window Size: 滑动窗口，用于流量控制（本节忽略）

Checksum: TCP数据包校验号，用于检测当前数据包是否异常

Urgent Pointer: 当URG为1时，指出当前数据包的紧急数据的字节数。

 

TCP三次握手

当A和B要进行TCP通信，传输数据前，必须要进行三次信息交换来建立连接，就是人人熟知的三次握手。握手最主要的目标就是让A，B双方知道自己的发送信息是正常，知道对方接受信息是正常的。

下面就是三次握手的有限状态机和建立需要传输的信息。

第一次握手，A向B发送SYN，同时消耗一个序列号， 这时B知道A的发送能力是正常的。

第二次握手，B向A发送SYN，回复ACK，同时也消耗一个序列号，这里说明发送SYN的时候会消耗序列号的，这时A知道自己的发送能力是正常的，B的接收能力也是正常的。

第三次握手，A向B回复ACK，这时A的接收能力是正常的，B知道自己的发送能力也是正常的。

所以三次握手都为了证明， A知道B的发送接收能力正常，自己的发送接收能力正常， B也知道A的发送接收能力正常，自己的发送接收能力正常。

A和B连接成功，开始交换数据。

 

Q: 如果TCP第三次握手失败，服务器会怎么样？

A：这种情况很有可能是遭受SYN Flood攻击，这时服务器会返回RST，然后关闭连接。

SYN Flood是攻击者伪装大量的IP地址去请求服务器进行TCP连接，服务器会把两次握手的连接放入半连接队列里，使得队列塞满，导致服务器无法响应。

 

TCP四次挥手

当A和B要断开连接的时候，就要进行四次挥手。挥手的主要目标就是要告诉对方，要断开连接了，请把数据都处理完，双方都确保可以关闭后就断开连接。

下面就是四次挥手的有限状态机和断开需要传输的信息。

第一次挥手，A向B发送FIN，进入半关闭状态，无法向B发送报文，只能发送回复。

第二次挥手，B向A回复ACK，B开始处理剩下的信息，然后准备关闭。

第三次挥手，B向A发送FIN，然后等待A的回应。

第四次挥手，A向B回复ACK，B进入关闭状态，A等待2MSL后，也进入了关闭状态。

其中2MSL表示的是报文最大生存时间，

一是为了确保B能正常收到最后的回复，

二是确保A没有收到B要求的重传（可能因为延迟，或者丢包导致要求重传），从而对下次复用连接造成影响。