HuaWei ❉ TCP详解

一、TCP概念

        TCP(Transmission Control Protocol 传输控制协议)是一种面向连接(连接导向)的、可靠的、 基于IP的传输层协议。

        首先来看看OSI的七层模型

        我们需要知道TCP工作在网络OSI的七层模型中的第四层——传输层，IP在第三层——网络层，ARP 在第二层——数据链路层;同时，我们需要简单的知道，数据从应用层发下来，会在每一层都会加上头部信息，进行 封装，然后再发送到数据接收端。

        这个基本的流程就是每个数据都会经过数据的封装和解封 装的过程。在OSI七层模型中，每一层的作用和对应的协议如下：

 

二、TCP头部结构和字段介绍

        从下面图片可以看出,TCP协议是封装在IP数据包中。

 

        下图是TCP报文数据格式。TCP首部如果不计选项和填充字段，它通常是20个字节。

 

下面分别对其中的字段进行介绍：

1 源端口和目的端口

        各占2个字节，这两个值加上IP首部中的源端IP地址和目的端IP地址唯一确定一个TCP连接。有时一个IP地址和一个端口号也称为socket（插口）。

2 序号(seq)

        占4个字节，是本报文段所发送的数据项目组第一个字节的序号。在TCP传送的数据流中，每一个字节都有一个序号。

        例如，一报文段的序号为300，而且数据共100字节，则下一个报文段的序号就是400；序号是32bit的无符号数，序号到达2^32-1后从0开始。

3 确认序号(ack)

        占4字节，是期望收到对方下次发送的数据的第一个字节的序号，也就是期望收到的下一个报文段的首部中的序号；确认序号应该是上次已成功收到数据字节序号+1。

        只有ACK标志为1时，确认序号才有效。

4 数据偏移

        占4比特，表示数据开始的地方离TCP段的起始处有多远。实际上就是TCP段首部的长度。由于首部长度不固定，因此数据偏移字段是必要的。

        数据偏移以32位为长度单位，也就是4个字节，因此TCP首部的最大长度是60个字节。即偏移最大为15个长度单位=1532位=154字节。

5 保留

        6比特，供以后应用，现在置为0。

6个标志位比特

① URG：当URG=1时，注解此报文应尽快传送，而不要按本来的列队次序来传送。与“紧急指针”字段共同应用，紧急指针指出在本报文段中的紧急数据的最后一个字节的序号，使接管方可以知道紧急数据共有多长。

② ACK：只有当ACK=1时，确认序号字段才有效；

③ PSH：当PSH=1时，接收方应该尽快将本报文段立即传送给其应用层。

④ RST：当RST=1时，表示出现连接错误，必须释放连接，然后再重建传输连接。复位比特还用来拒绝一个不法的报文段或拒绝打开一个连接；

⑤ SYN：SYN=1,ACK=0时表示请求建立一个连接，携带SYN标志的TCP报文段为同步报文段；

⑥ FIN：发端完成发送任务。

7 窗口

        TCP通过滑动窗口的概念来进行流量控制。设想在发送端发送数据的速度很快而接收端接收速度却很慢的情况下，为了保证数据不丢失，显然需要进行流量控制， 协调好通信双方的工作节奏。

        所谓滑动窗口，可以理解成接收端所能提供的缓冲区大小。TCP利用一个滑动的窗口来告诉发送端对它所发送的数据能提供多大的缓 冲区。

        窗口大小为字节数起始于确认序号字段指明的值（这个值是接收端正期望接收的字节）。窗口大小是一个16bit字段，因而窗口大小最大为65535字节。

8 检验和

        检验和覆盖了整个TCP报文段：TCP首部和数据。这是一个强制性的字段，一定是由发端计算和存储，并由收端进行验证。

9 紧急指针

        只有当URG标志置1时紧急指针才有效。紧急指针是一个正的偏移量，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。

三、TCP流量控制(滑动窗口协议)

        TCP流量控制主要是针对接收端的处理速度不如发送端发送速度快的问题，消除发送方使接收方缓存溢出的可能性。

        TCP流量控制主要使用滑动窗口协议，滑动窗口是接受数据端使用的窗口大小，用来告诉发送端接收端的缓存大小，以此可以控制发送端发送数据的大小，从而达到流量控制的目的。这个窗口大小就是我们一次传输几个数据。对所有数据帧按顺序赋予编号，发送方在发送过程中始终保持着一个发送窗口，只有落在发送窗口内的帧才允许被发送；同时接收方也维持着一个接收窗口，只有落在接收窗口内的帧才允许接收。这样通过调整发送方窗口和接收方窗口的大小可以实现流量控制。

我们可以通过下图来分析: