TCP协议详解：连接、报文格式与拥塞控制-优快云博客

TCP 的特点：

面向连接的传输服务
支持字节流传输：
应用程序与 TCP 每次交互的数据长度可能都不相同，但 TCP 将应用程序提交的数据看作时一连串的、无结构的字节流，同时在发送方与接收方都维护一个缓存。发送方将几个写操作合并成一个报文段，提交给IP协议封装成IP分组后发送。接收方将接受的字节存储在接收缓存中，由应用程序的读操作取出。
支持全双工服务：
通信双方的应用程序在任何时候都可以发送数据。通信双方都有发送缓冲区与接收缓冲区，应用程序将要发送的数据字节提交给发送缓冲区，并在合适的时候从接收缓冲区读取数据，至于实际的发送接收过程则由 TCP 协议控制。
支持同时建立多个并发连接：
TCP 支持同时建立多个连接，即在一台主机的多个端口可以建立多个 TCP 连接。（同一个端口上的 TCP 连接可以被表示为多个全连接的五元组）
可靠传输：
TCP 能够对发送与接收的自己进行跟踪、确认与重传。

一、TCP报文格式

TCP 为发送字节流中每个字节按顺序编号，连接建立时，通信双方都随机产生一个初始序号（ISN），且双方的序号是不同的

确认序号表示接收方已正确接收了序号 N 及之前的字节，要求发送方发送序号为 N+1 的字节的报文段。

标志	说明
SYN
ACK	只有当ACK=1时，确认序号字段才有意义
FIN	终止连接。FIN=1时，表明请求释放连接
RST	复位字段。要求立即关闭连接
URG	此报文为紧急数据，应优先发送，需配合紧急指针使用
PSH	将数据向前推，当 PSH=1 时，请求接收方 TCP 尽快将该报文推给应用程序

窗口字段：以字节为单位，表示要求对方必须维持的窗口大小
紧急指针：只有当紧急标志=1时才有效，其值表示本报文段中的紧急数据的最后一个字节的编号
选项：TCP 报头可以有长达 40 字节的选项字段
校验和：TCP 校验和的计算过程与 UDP 相同。但在 UDP 中校验和为可选，而在 TCP 中是必需的。TCP 校验和同样需要伪报头，不同的是协议字段的值为 6

TCP报文头的长度为 20~60 字节（具体的长度取决于选项字段）。

TCP 协议对报文数据的最大长度的限定称为最大段长度（MSS）。MSS 是指报文中数据的最大字节数限定，不包含报头长度，且 TCP 最终发送的报文数据长度由 窗口大小 与 MSS共同决定。

MSS的选取一般会综合考虑：① 协议开销 ② 发送与接收方缓冲区的限制

最初 CLIENT 处于CLOSE状态，当有数据要发送时，会进入SYN-SEND状态，然后向出于LISTEN状态的 SERVER 发送第一个“SYN”报文（SYN=1），该报文包括源端口与目的端口，以及一些连接参数；
SERVER 收到“SYN”报文后，若同意建立连接，则向客户端发送“SYN+ACK”报文(SYN=1，ACK=1)，该报文表示对第一个“SYN”报文的确认，同时给出了服务端的 初始序列号 与 通知窗口大小，客户端会根据响应时间估算出初始 $RTT$ 。SERVER 进入SYN-RECD状态；
CLIENT 收到“SYN+ACK”报文后，发送第三个“ACK”报文，表示对“SYN+ACK”报文的确认，同时给出了客户端的初始序列号，服务端会根据响应时间估算出 $RTT$ 。同时 CLIENT 进入ESTABLISHED状态；
SERVER 收到“ACK”报文后，也进入ESTABLISHED状态；

三次握手指有三个报文被发送：SYN、SYN+ACK、ACK

期间 CLIENT（连接发起者）的状态：CLOSED -> SYN-SEND -> ESTABLISHED

期间 SERVER（连接接收方）的状态：LISTEN -> SYN-RECD -> ESTABLISHED

连接建立后，CLIENT 与 SERVER 就可以使用连接进行全双工的字节流传输。（这里使用C/S模式为了便于区分）

客户端（连接发起者）与服务端（连接接收者）都可以发起TCP连接的释放。

CLIENT 进入FIN+WAIT-1（释放等待1）状态，并向 SERVER 发送第一个“FIN”（FIN=1）报文。
SERVER 收到“FIN”报文后，向 CLIENT 发回“ACK”报文，表示对第一个“FIN”请求报文的确认，并进入CLOSE-WAIT状态

TCP通知高层应用程序 CLIENT 请求释放连接，此时 CLIENT 不会再向 SERVER 发送数据，CLIENT 到 SERVER 的连接断开；但 SERVER 到 CLIENT 的TCP连接还没有断开，若 SERVER 愿意，还可以继续发送数据直至完毕，这种连接状态称为“半关闭状态”
CLIENT 收到“ACK”报文后，进入FIN+WAIT-2状态
当 SERVER 的高层应用无数据要写入时，会通知 TCP 释放连接，此时 SERVER 向 CLIENT 发送“FIN”报文，并进入LAST-ACK状态
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