TCP(一) 基本概念、握手、术语

TCP基本概念

TCP Transmission Control Protocol 传输控制协议是一种面向连接的、可靠的、传输层协议。TCP协议基于IP层

TCP跟UDP的区别

区别：
1.TCP面向连接的，UDP无连接
2. TCP基于字节流传输，UDP基于数据报传输
3. TCP是可靠的，具备有序、不丢失、不重复、无差错等特性，UDP不具备
4. TCP具备拥塞控制、流量控制等机制，UDP不具备
5. TCP对系统开销更大，UDP较小

应用场景：
1 . 一些应用层协议都会基于TCP协议，利用TCP的可靠稳定的机制，比如HTTP、FTP等，对数据传输的完整性要求高、质量要求高
2. UDP对数据完整性需求低，对实时性和传输速度要求高，比如网络视音频传输

TCP格式

TCP头部固定20个字节

source port ： 源端口 2个字节
dest port：目的端口 2字节
sequence number：报文序号，表示报文段中第一个数据的序号，4字节
acknlwledgment number：确认序号，4字节，接收端期望收到的下一个序号，是上次已陈工收到数据字节序号加1
offset：首部中32bit的数目，4位 0.5字节
reserved：预留，4位 0.5字节
tcp flags： 8位 有8个flag

• URG：紧急指针
• ACK：应答域有效
• PSH：PUSH操作，数据包到达接收端后，立即传送给应用程序
• RST：连接复位表示，复位错误连接、拒绝错误和非法的数据包
• SYN：同步序号，用于握手
• FIN：结束序号，用于挥手

Window：滑动窗口大小 2字节
Checksum：检验和 2字节；检验和是对“数据段头”，“数据”，“伪头部”这三部分进行校验。伪头部包括源主机和目的主机的IP地址，TCP协议号，TCP数据段长度
Urgent Poiner：紧急指针 2字节，当URG为1时候才有用，指出本数据段中紧急数据的字节数
TCP Options： 其他TCP参数 共4个字节

TCP 三次握手和状态

TCP协议提供可靠的连接服务，通过三次握手进行连接初始化。三次握手的目的是同步连接双方的序列号和确认号并交换TCP窗口大小的信息。

三次握手流程：

1. 客户端发起握手报文，SYN为1，seq=x ，进入SYN_SEND状态
2. 服务端接收到客户端的SYN握手报文，状态变为SYN_RCVD状态，响应报文seq=y，ack=x+1
3. 客户端接收到服务端的响应报文，状态变为Estalished
4. 客户端向服务端发送ack = y +1 报文
5. 服务端接收到ack报文，状态变为Estalished

三次握手的意义：
防止已经失效的连接请求报文突然传送到服务端，产生错误，造成不需要的连接浪费资源
例子：
客户端发起连接，超时较久，过了长时间后服务端才接收到，回复ACK，假如只有2次握手，那么这是就建立了连接，但是实际上这个连接是不需要的；有第三次握手，客户端就不会回复ACK，连接就不会被建立完成

TCP 四次挥手和状态

四次挥手流程：
服务端和客户端都可以主动断开连接，假设主动断开连接为A，被动为B

1. A 发起 FIN ，A状态变为FIN_WAIT_1
2. B 接收到FIN，回复ACK，状态变为CLOSE_WAIT
3. B 回复FIN，状态变为LAST_ACK
4. A 接收到B的FIN，状态变为TIME_WAIT2
5. A 等待片刻后回收端口资源，B端变为Close

四次握手的意义：
TCP协议是全双工的，双方都可以同时发送数据，因此当一方要断开连接时，需要确保对端的数据传输也完成，才可以断开连接。因此有4次挥手：

1. 主动断开的一方A，告知对方B数据发送完成，要断开连接，FIN
2. B接收到了FIN，响应ACK，代表收到了断开连接的请求
3. B处理完剩余数据，告知A自己的数据也传输完成，可以断开连接，FIN
4. A回复ACK，确认收到B的FIN，连接确认断开

例子：
客户端发起连接，超时较久，过了长时间后服务端才接收到，回复ACK，假如只有2次握手，那么这是就建立了连接，但是实际上这个连接是不需要的；有第三次握手，客户端就不会回复ACK，连接就不会被建立完成

TIME_WAIT
TIME_WAIT 状态都是出现在主动断开连接的一方，正常情况下连接都是由客户端断开

TIME_WAIT的作用:：
(1) 表示主动断开连接的一方接收到了对方的FIN，等待一段时间(操作系统决定)后再回收资源端口，进入close
(2) 主动断开方A最后会回复ACK，如果这个ACK丢失了那么B会重发FIN；如果不维持FIN_WAIT状态，直接断开连接，那么服务端重发的FIN会造成断开方A的报错
(3) 在TIME_WAIT期间，客户端无法创建相同IP端口的连接，可以保证下次用相同IP和端口连接时，旧连接的数据是完全消失的

网络中的数据单位

报文 message：应用层中的数据传输单位
段 segment：多个段组成报文，是传输层的数据传输单位
包 package：网络层传输单位，TCP IP中的基本单元
数据报 datagram： 面向无连接数据传输方式时的基本单元，UDP
帧 frame：数据链路层单位

MTU：Maximum Transmit Unit IP网络层的最大传输单元
MSS：Maximum Segent Size TCP提交给IP层的最大分段大小，传输层的段大小