TCP协议通讯原理

TCP通讯时序图

在上面这个例子中，首先客户端主动发起连接、发送请求，然后服务器端响应请求，然后客户端主动关闭连接。
建⽴立连接的过程:
1. 客户端发出段1,SYN位表⽰示连接请求。序号是1000,这个序号在网络通讯中用作临时的地 址,每发一个数据字节,这个序号要加1,这样在接收端可以根据序号排出数据包的正确顺 序,也可以发现丢包的情况,另外,规定SYN位和FIN位也要占一个序号,这次虽然没发数 据,但是由于发了SYN位,因此下次再发送应该用序号1001。mss表示最大段尺寸,如果一 个段太大,封装成帧后超过了链路层的最大帧长度,就必须在IP 层分片,为了避免这种情 况,客户端声明自己的最大段尺寸,建议服务器端发来的段不要超过这个长度。
2. 服务器发出段2,也带有SYN位,同时置ACK位表示确认,确认序号是1001,表⽰示“我接收到 序号1000及其以前所有的段,请你下次发送序号为1001的段”,也就是应答了客户端的连接 请求,同时也给客户端发出一个连接请求,同时声明最⼤大尺⼨寸为1024。
3. 客户端发出段3,对服务器的连接请求进行应答,确认序号是8001。 
在这个过程中,客户端和服务器分别给对方发了连接请求,也应答了对方的连接请求,其中服务器 的请求和应答在一个段中发出,因此一共有三个段用于建立连接,称为”’⽅方握手(three-way-handshake)”’。在建立连接的同时,双方协商了⼀一些信息,例如双方发送序号的初始值、最大段尺寸等。
数据传输的过程:
1. 客户端发出段4,包含从序号1001开始的20个字节数据。
2. 服务器发出段5,确认序号为1021,对序号为1001-1020的数据表⽰示确认收到,同时请求发送 序号1021开始的数据,服务器在应答的同时也向客户端发送从序号8001开始的10个字节数 据,这称为piggyback 。
3. 客户端发出段6,对服务器发来的序号为8001-8010的数据表⽰示确认收到,请求发送序号8011开始的数据。
在数据传输过程中,ACK和确认序号是非常重要的,应用程序交给TCP协议发送的数据会暂存在TCP层的发送缓冲区中,发出数据包给对方之后,只有收到对方应答的ACK段才知道该数据包确 实发到了对方,可以从发送缓冲区中释放掉了,如果因为网络故障丢失了数据包或者丢失了对方发回的ACK段,经过等待超时后TCP协议自动将发送缓冲区中的数据包重发。
关闭连接的过程:
1. 客户端发出段7,FIN位表示关闭连接的请求。
2. 服务器发出段8,应答客户端的关闭连接请求。
3. 服务器发出段9,其中也包含FIN位,向客户端发送关闭连接请求。
4. 客户端发出段10,应答服务器的关闭连接请求。
建立连接的过程是三方握手,而关闭连接通常需要4个段,服务器的应答和关闭连接请求通常不合 并在一个段中,因为有连接半关闭的情况,这种情况下客户端关闭连接之后就不能再发送数据给服务器了,但是服务器还可以发送数据给客户端,直到服务器也关闭连接为止。
为什么TCP建立连接是三次握手
三次是能保证正确通讯的最低保证，首先client端发送SYN请求给server，server接收到后发送应答ACK并发送连接请求SYN,client此时发送ACK应答，完成连接。
为什么不是两次呢？
因为如果两次就认为连接成功，client发送SYN给server，server此时发送应答ACK和SYN给client，若此时client未接受到消息，此时server端认为已经建立连接，但client认为未建立连接，会反复申请，此时server端将会保存大量的连接信息，若client大量请求，server端可能会崩溃。
为什么不是四次或者更多呢？
因为三次在大多数情况下已经能保证通讯已经建立，四次显得冗余。很多人认为多互相多发几次可以有效的保证连接建立，但通讯中的最后一次发送永远都不能保证对方已接受。所以三次握手成了TCP建立连接的标准。
世界上不存在完全可靠的通信协议。