TCP協(xié)議詳解，你從未見過額全新版本

前言：

TCP/IP協(xié)議簇的傳輸層協(xié)議主要有兩個，TCP(Transimission Control Protocol，傳輸控制協(xié)議)和UDP（User Datagram Protocol，用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議）

一：TCP協(xié)議介紹

TCP是面向連接的，可靠的進程到進程通信的協(xié)議。

TCP提供全雙工服務，即數(shù)據(jù)可在同一時間雙向傳輸，每一個TCP都有發(fā)送緩存和接收緩存，用來臨時存儲數(shù)據(jù)。

二：TCP報文格式

2.1TCP報文段

TCP將若干個字節(jié)構成一個分組，成為報文段。

TCP報文段封裝在IP數(shù)據(jù)報中。

2.2TCP報文段格式

源端口號：16位字段，為發(fā)送方進程對應的端口號。

目標端口號：16位字段，對應的是接收端的進程，接收端收到數(shù)據(jù)后，根據(jù)這個端口號來確定吧這個數(shù)據(jù)送給哪個應用程序的進程。

序號：當TCP從進程接收數(shù)據(jù)字節(jié)時，就把他們存儲在發(fā)送緩存中，并對每一個字節(jié)進行編號。

確認號：確認號是對發(fā)送端的確認信息。用它來告訴發(fā)送端這個序號之前的數(shù)據(jù)段都已經(jīng)收到。如確認號是X，就表示前X-1個數(shù)據(jù)段都已經(jīng)收到。

首部長度：一般是20字節(jié)，最大可以擴展為60字節(jié)。用它可以確定首部數(shù)據(jù)結構的字節(jié)長度。

保留：作為今后擴展功能使用，現(xiàn)在還沒有使用到。

控制位：這六位作用很重要，TCP的連接，傳輸和斷開都受這六個控制位的指揮。各位的含義如下。

URG：緊急指針有效位。只有0和1，1表示指針開啟。數(shù)據(jù)傳輸時，先放在緩存（內(nèi)存）中，臨時保存起來，緊急指針位是指可以在內(nèi)存中優(yōu)先提取數(shù)據(jù)。

PSH：標志位=1時要求接收方盡快將數(shù)據(jù)段送達應用層。即PSH=1時，不經(jīng)過緩存，直接將數(shù)據(jù)段送達應用層。優(yōu)先級高于URG。

<u>ACK</u>：確認位。只有當ACK=1時，確認序列號才有效。當ACK=0時，確認序列號字段無效。

<u>SYN</u>：連接位。同步序號位，TCP需要建立連接時將這個值設置為1.

<u>FIN</u>：斷開連接標識。發(fā)送端完成發(fā)送任務位，當TCP完成數(shù)據(jù)傳輸需要斷開連接時，提出斷開連接的一方將這個值設置為1.

RST：重新建立連接TCP連接時使用。，當RST=1時，通知重新建立TCP連接。

窗口大?。河糜谡f明本地可接收數(shù)據(jù)段的數(shù)目，窗口大小是可變的。當網(wǎng)絡通暢是窗口值變大可以加快傳輸速度，當網(wǎng)絡不穩(wěn)定時減小這個值可以保證網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的可靠傳輸。TCP協(xié)議中的流量控制機制就是依靠變化窗口值的大小實現(xiàn)的。

校驗和：用來做差錯控制。在發(fā)送TCP數(shù)據(jù)段時，由發(fā)送端計算校驗和，到達目的地時再進行一次校驗和計算。若兩次校驗和一致，則說明數(shù)據(jù)基本是正確的，否則將認為數(shù)據(jù)已被破壞，接收端將丟棄數(shù)據(jù)。

緊急指針：和URG配合使用，當URG=1時有效。

選項：在TCP首部可以有多達40字節(jié)的可選信息。

三：TCP連接--三次握手

3.1第一次握手

建立連接過程：PC1發(fā)送建立連接請求，SYN標志位設為1.

3.2第二次握手

這一次握手實際上分為兩部分來完成。

第一部分：PC2收到PC1的請求，向PC1回復一個確認信息，此過程的典型標志就是TCP的ACK控制位為1。且確認序列號是PC1的初始序列號加1.

第二部分：PC2收到請求后需要回復。即PC2也向PC1發(fā)送建立連接的請求，此過程的典型標志和第一次握手一樣，即TCP的SYN控制位為1.

為了提高效率，一般將這里兩個部分合并在一個數(shù)據(jù)包里實現(xiàn)。

3.3第三次握手

PC1收到了PC2的回復（包含請求和確認），此時需要向PC2回復一個確認信息，此過程的典型標志就是TCP的ACK控制位為1.且確認序列號是PC2的初始序列號加1.

此時就完成了三次握手

3.4總結

上圖中

Seq表示請求序列號。

Ack表示確認序列號

SYN控制位只有在請求建立連接時才被設為1.

四：TCP四次揮手

參加數(shù)據(jù)交換的雙方中的任何一方（客戶和服務器）都可以關閉連接。TCP斷開連接分四步，也稱為四次揮手。

4.1第一次揮手

PC1發(fā)送 FIN 和 ACK 控制位為1的TCP報文段給PC2.

FIN：斷開連接標識，提出斷開連接的一方將這個值設為1.

ACK：ACK=1，表示確認序列號字段有效。

4.2第二次揮手

PC2收到PC1的信息，開始回復。

PC2 回復 ACK=1 的 TCP 報文段給 PC1。

4.3第三次揮手

PC2現(xiàn)在開始主動發(fā)送消息給PC1，發(fā)送 FIN=1，ACK=1 的報文段給PC1.

即PC2也發(fā)消息給PC1，F(xiàn)IN=1，我（也）要和你斷開連接。ACK=1，確認序列號字段有效。

4.4第四次揮手

PC1收到 PC2 的消息，回復ACK=1 的TCP報文段。

ACK=1，確認PC2 發(fā)給 PC1 的序列號字段有效。

4.5半關閉

在TCP斷開連接（四次揮手）的過程中，TCP一方（通常是客戶端）可以終止發(fā)送數(shù)據(jù)，但仍然可以接收數(shù)據(jù)，成為半關閉。

具體描述一下：

1.客戶端發(fā)哦是那個FIN報文段，半關閉了這個連接，服務器發(fā)送ACK報文段接收半關閉。

2.服務器繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，而客戶端只發(fā)送ACK確認，不再發(fā)送任何數(shù)據(jù)。

3.當服務器吧所有數(shù)據(jù)都發(fā)送完畢時，就發(fā)送FIN報文段，客戶再發(fā)送ACK報文段，這樣就關閉了TCP連接。

五：DUP協(xié)議介紹

5.1UDP協(xié)議

UDP缺點：是一個無連接，不保證可靠性的傳輸層協(xié)議，也就是說發(fā)送端不關心發(fā)送的數(shù)據(jù)是否達到目標主機，數(shù)據(jù)是否出錯等，收到數(shù)據(jù)的主機也不會告訴發(fā)送方是否收到了數(shù)據(jù)，它的可靠性由上層協(xié)議來保障。

UDP優(yōu)點：UDP的首部結構簡單，在數(shù)據(jù)傳輸時能實現(xiàn)最小的開銷。

5.2UDP報文的首部格式

UDP在實際工作中的應用范圍很廣，例如，聊天工具QQ在發(fā)送短消息時就使用了UDP的方式。

5.3UDP協(xié)議端口和功能

TFTP：簡單文件傳輸協(xié)議，速度快。

RPC:：遠程過程調(diào)用。同步傳輸數(shù)據(jù)的時候會用到。

NTP：比如做網(wǎng)絡架構時，100臺機器實現(xiàn)數(shù)據(jù)同步傳輸，就需要用到網(wǎng)絡時間協(xié)議。

六：常見協(xié)議及其端口

FTP：文件服務器，方便文件的上傳和下載。

TELNET：采用明文發(fā)送，建議在局域網(wǎng)中使用，不建議在廣域網(wǎng)中使用。

SMTP：發(fā)送郵件的協(xié)議

POP3：收郵件的協(xié)議

HTTP：打開網(wǎng)站用到的協(xié)議