TCP是什么?

TCP(Transmission Control Protocol 傳輸控制協(xié)議)是一種面向連接(連接導(dǎo)向)的、可靠的、 基于IP的傳輸層協(xié)議。TCP在IP報(bào)文的協(xié)議號(hào)是6。TCP是一個(gè)超級(jí)麻煩的協(xié)議，而它又是互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，也是每個(gè)程序員必備的基本功。首先來(lái)看看OSI的七層模型:

我們需要知道TCP工作在網(wǎng)絡(luò)OSI的七層模型中的第四層——Transport層，IP在第三層——Network層，ARP 在第二層——Data Link層;在第二層上的數(shù)據(jù)，我們把它叫Frame，在第三層上的數(shù)據(jù)叫Packet，第四層的數(shù) 據(jù)叫Segment。 同時(shí)，我們需要簡(jiǎn)單的知道，數(shù)據(jù)從應(yīng)用層發(fā)下來(lái)，會(huì)在每一層都會(huì)加上頭部信息，進(jìn)行 封裝，然后再發(fā)送到數(shù)據(jù)接收端。這個(gè)基本的流程你需要知道，就是每個(gè)數(shù)據(jù)都會(huì)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)的封裝和解封 裝的過(guò)程。 在OSI七層模型中，每一層的作用和對(duì)應(yīng)的協(xié)議如下：

TCP是一個(gè)協(xié)議，那這個(gè)協(xié)議是如何定義的，它的數(shù)據(jù)格式是什么樣子的呢?要進(jìn)行更深層次的剖析，就 需要了解，甚至是熟記TCP協(xié)議中每個(gè)字段的含義。哦，來(lái)吧。

上面就是TCP協(xié)議頭部的格式，由于它太重要了，是理解其它內(nèi)容的基礎(chǔ)，下面就將每個(gè)字段的信息都詳 細(xì)的說(shuō)明一下。

Source Port和Destination Port:分別占用16位，表示源端口號(hào)和目的端口號(hào);用于區(qū)別主機(jī)中的不同進(jìn)程， 而IP地址是用來(lái)區(qū)分不同的主機(jī)的，源端口號(hào)和目的端口號(hào)配合上IP首部中的源IP地址和目的IP地址就能唯一 的確定一個(gè)TCP連接;

Sequence Number:用來(lái)標(biāo)識(shí)從TCP發(fā)端向TCP收端發(fā)送的數(shù)據(jù)字節(jié)流，它表示在這個(gè)報(bào)文段中的的***個(gè)數(shù)據(jù) 字節(jié)在數(shù)據(jù)流中的序號(hào);主要用來(lái)解決網(wǎng)絡(luò)報(bào)亂序的問(wèn)題;

Acknowledgment Number:32位確認(rèn)序列號(hào)包含發(fā)送確認(rèn)的一端所期望收到的下一個(gè)序號(hào)，因此，確認(rèn)序號(hào)應(yīng) 當(dāng)是上次已成功收到數(shù)據(jù)字節(jié)序號(hào)加1。不過(guò)，只有當(dāng)標(biāo)志位中的ACK標(biāo)志(下面介紹)為1時(shí)該確認(rèn)序列號(hào)的字 段才有效。主要用來(lái)解決不丟包的問(wèn)題;

Offset:給出首部中32 bit字的數(shù)目，需要這個(gè)值是因?yàn)槿芜x字段的長(zhǎng)度是可變的。這個(gè)字段占4bit(最多能 表示15個(gè)32bit的的字，即4*15=60個(gè)字節(jié)的首部長(zhǎng)度)，因此TCP最多有60字節(jié)的首部。然而，沒(méi)有任選字段， 正常的長(zhǎng)度是20字節(jié);

TCP Flags:TCP首部中有6個(gè)標(biāo)志比特，它們中的多個(gè)可同時(shí)被設(shè)置為1，主要是用于操控TCP的狀態(tài)機(jī)的，依次 為URG，ACK，PSH，RST，SYN，F(xiàn)IN。每個(gè)標(biāo)志位的意思如下：

URG：此標(biāo)志表示TCP包的緊急指針域(后面馬上就要說(shuō)到)有效，用來(lái)保證TCP連接不被中斷，并且督促 中間層設(shè)備要盡快處理這些數(shù)據(jù);

ACK：此標(biāo)志表示應(yīng)答域有效，就是說(shuō)前面所說(shuō)的TCP應(yīng)答號(hào)將會(huì)包含在TCP數(shù)據(jù)包中;有兩個(gè)取值：0和1， 為1的時(shí)候表示應(yīng)答域有效，反之為0;

PSH：這個(gè)標(biāo)志位表示Push操作。所謂Push操作就是指在數(shù)據(jù)包到達(dá)接收端以后，立即傳送給應(yīng)用程序， 而不是在緩沖區(qū)中排隊(duì);

RST：這個(gè)標(biāo)志表示連接復(fù)位請(qǐng)求。用來(lái)復(fù)位那些產(chǎn)生錯(cuò)誤的連接，也被用來(lái)拒絕錯(cuò)誤和非法的數(shù)據(jù)包;

SYN：表示同步序號(hào)，用來(lái)建立連接。SYN標(biāo)志位和ACK標(biāo)志位搭配使用，當(dāng)連接請(qǐng)求的時(shí)候，SYN=1， ACK=0;連接被響應(yīng)的時(shí)候，SYN=1，ACK=1;這個(gè)標(biāo)志的數(shù)據(jù)包經(jīng)常被用來(lái)進(jìn)行端口掃描。掃描者發(fā)送 一個(gè)只有SYN的數(shù)據(jù)包，如果對(duì)方主機(jī)響應(yīng)了一個(gè)數(shù)據(jù)包回來(lái) ，就表明這臺(tái)主機(jī)存在這個(gè)端口;但是由于這 種掃描方式只是進(jìn)行TCP三次握手的***次握手，因此這種掃描的成功表示被掃描的機(jī)器不很安全，一臺(tái)安全 的主機(jī)將會(huì)強(qiáng)制要求一個(gè)連接嚴(yán)格的進(jìn)行TCP的三次握手;

FIN： 表示發(fā)送端已經(jīng)達(dá)到數(shù)據(jù)末尾，也就是說(shuō)雙方的數(shù)據(jù)傳送完成，沒(méi)有數(shù)據(jù)可以傳送了，發(fā)送FIN標(biāo)志 位的TCP數(shù)據(jù)包后，連接將被斷開(kāi)。這個(gè)標(biāo)志的數(shù)據(jù)包也經(jīng)常被用于進(jìn)行端口掃描。

Window:窗口大小，也就是有名的滑動(dòng)窗口，用來(lái)進(jìn)行流量控制;這是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題，這篇博文中并不會(huì)進(jìn)行 總結(jié)的;

好了，基本知識(shí)都已經(jīng)準(zhǔn)備好了，開(kāi)始下一段的征程吧。#p#

三次握手又是什么?

TCP是面向連接的，無(wú)論哪一方向另一方發(fā)送數(shù)據(jù)之前，都必須先在雙方之間建立一條連接。在TCP/IP協(xié)議中，TCP 協(xié)議提供可靠的連接服務(wù)，連接是通過(guò)三次握手進(jìn)行初始化的。三次握手的目的是同步連接雙方的序列號(hào)和確認(rèn)號(hào) 并交換 TCP窗口大小信息。這就是面試中經(jīng)常會(huì)被問(wèn)到的TCP三次握手。只是了解TCP三次握手的 概念，對(duì)你獲得一份工作是沒(méi)有任何幫助的，你需要去了解TCP三次握手中的一些細(xì)節(jié)。先來(lái)看圖說(shuō)話。

多么清晰的一張圖，當(dāng)然了，也不是我畫(huà)的，我也只是引用過(guò)來(lái)說(shuō)明問(wèn)題了。

1.***次握手：建立連接?？蛻?hù)端發(fā)送連接請(qǐng)求報(bào)文段，將SYN位置為1，Sequence Number為x;然后，客戶(hù)端進(jìn)入SYN_SEND狀態(tài)，等待服務(wù)器的確認(rèn);

2.第二次握手：服務(wù)器收到SYN報(bào)文段。服務(wù)器收到客戶(hù)端的SYN報(bào)文段，需要對(duì)這個(gè)SYN報(bào)文段進(jìn)行確認(rèn)，設(shè)置Acknowledgment Number為x+1(Sequence Number+1);同時(shí)，自己自己還要發(fā)送SYN請(qǐng)求信息，將SYN位置為1，Sequence Number為y;服務(wù)器端將上述所有信息放到一個(gè)報(bào)文段(即SYN+ACK報(bào)文段)中，一并發(fā)送給客戶(hù)端，此時(shí)服務(wù)器進(jìn)入SYN_RECV狀態(tài);

3.第三次握手：客戶(hù)端收到服務(wù)器的SYN+ACK報(bào)文段。然后將Acknowledgment Number設(shè)置為y+1，向服務(wù)器發(fā)送ACK報(bào)文段，這個(gè)報(bào)文段發(fā)送完畢以后，客戶(hù)端和服務(wù)器端都進(jìn)入ESTABLISHED狀態(tài)，完成TCP三次握手。

完成了三次握手，客戶(hù)端和服務(wù)器端就可以開(kāi)始傳送數(shù)據(jù)。以上就是TCP三次握手的總體介紹。

那四次分手呢?

當(dāng)客戶(hù)端和服務(wù)器通過(guò)三次握手建立了TCP連接以后，當(dāng)數(shù)據(jù)傳送完畢，肯定是要斷開(kāi)TCP連接的啊。那對(duì)于TCP的斷開(kāi)連接，這里就有了神秘的“四次分手”。

1.***次分手：主機(jī)1(可以使客戶(hù)端，也可以是服務(wù)器端)，設(shè)置Sequence Number和Acknowledgment Number，向主機(jī)2發(fā)送一個(gè)FIN報(bào)文段;此時(shí)，主機(jī)1進(jìn)入FIN_WAIT_1狀態(tài);這表示主機(jī)1沒(méi)有數(shù)據(jù)要發(fā)送給主機(jī)2了;

2.第二次分手：主機(jī)2收到了主機(jī)1發(fā)送的FIN報(bào)文段，向主機(jī)1回一個(gè)ACK報(bào)文段，Acknowledgment Number為Sequence Number加1;主機(jī)1進(jìn)入FIN_WAIT_2狀態(tài);主機(jī)2告訴主機(jī)1，我也沒(méi)有數(shù)據(jù)要發(fā)送了，可以進(jìn)行關(guān)閉連接了;

3.第三次分手：主機(jī)2向主機(jī)1發(fā)送FIN報(bào)文段，請(qǐng)求關(guān)閉連接，同時(shí)主機(jī)2進(jìn)入CLOSE_WAIT狀態(tài);

4.第四次分手：主機(jī)1收到主機(jī)2發(fā)送的FIN報(bào)文段，向主機(jī)2發(fā)送ACK報(bào)文段，然后主機(jī)1進(jìn)入TIME_WAIT狀態(tài);主機(jī)2收到主機(jī)1的ACK報(bào)文段以后，就關(guān)閉連接;此時(shí)，主機(jī)1等待2MSL后依然沒(méi)有收到回復(fù)，則證明Server端已正常關(guān)閉，那好，主機(jī)1也可以關(guān)閉連接了。

至此，TCP的四次分手就這么愉快的完成了。當(dāng)你看到這里，你的腦子里會(huì)有很多的疑問(wèn)，很多的不懂，感覺(jué)很凌亂;沒(méi)事，我們繼續(xù)總結(jié)。

為什么要三次握手?

既然總結(jié)了TCP的三次握手，那為什么非要三次呢?怎么覺(jué)得兩次就可以完成了。那TCP為什么非要進(jìn)行三次連接呢?在謝希仁的《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》中是這樣說(shuō)的：

為了防止已失效的連接請(qǐng)求報(bào)文段突然又傳送到了服務(wù)端，因而產(chǎn)生錯(cuò)誤。

在書(shū)中同時(shí)舉了一個(gè)例子，如下：

"已失效的連接請(qǐng)求報(bào)文段”的產(chǎn)生在這樣一種情況下：client發(fā)出的***個(gè)連接請(qǐng)求報(bào)文段并沒(méi)有丟失，

而是在某個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)長(zhǎng)時(shí)間的滯留了，以致延誤到連接釋放以后的某個(gè)時(shí)間才到達(dá)server。本來(lái)這是一

個(gè)早已失效的報(bào)文段。但server收到此失效的連接請(qǐng)求報(bào)文段后，就誤認(rèn)為是client再次發(fā)出的一個(gè)新

的連接請(qǐng)求。于是就向client發(fā)出確認(rèn)報(bào)文段，同意建立連接。假設(shè)不采用“三次握手”，那么只要server

發(fā)出確認(rèn)，新的連接就建立了。由于現(xiàn)在client并沒(méi)有發(fā)出建立連接的請(qǐng)求，因此不會(huì)理睬server的確認(rèn)，

也不會(huì)向server發(fā)送數(shù)據(jù)。但server卻以為新的運(yùn)輸連接已經(jīng)建立，并一直等待client發(fā)來(lái)數(shù)據(jù)。這樣，

server的很多資源就白白浪費(fèi)掉了。采用“三次握手”的辦法可以防止上述現(xiàn)象發(fā)生。例如剛才那種情況，

client不會(huì)向server的確認(rèn)發(fā)出確認(rèn)。server由于收不到確認(rèn)，就知道client并沒(méi)有要求建立連接。"

這就很明白了，防止了服務(wù)器端的一直等待而浪費(fèi)資源。

為什么要四次分手?

那四次分手又是為何呢?TCP協(xié)議是一種面向連接的、可靠的、基于字節(jié)流的運(yùn)輸層通信協(xié)議。TCP是全雙工 模式，這就意味著，當(dāng)主機(jī)1發(fā)出FIN報(bào)文段時(shí)，只是表示主機(jī)1已經(jīng)沒(méi)有數(shù)據(jù)要發(fā)送了，主機(jī)1告訴主機(jī)2， 它的數(shù)據(jù)已經(jīng)全部發(fā)送完畢了;但是，這個(gè)時(shí)候主機(jī)1還是可以接受來(lái)自主機(jī)2的數(shù)據(jù);當(dāng)主機(jī)2返回ACK報(bào)文 段時(shí)，表示它已經(jīng)知道主機(jī)1沒(méi)有數(shù)據(jù)發(fā)送了，但是主機(jī)2還是可以發(fā)送數(shù)據(jù)到主機(jī)1的;當(dāng)主機(jī)2也發(fā)送了FIN 報(bào)文段時(shí)，這個(gè)時(shí)候就表示主機(jī)2也沒(méi)有數(shù)據(jù)要發(fā)送了，就會(huì)告訴主機(jī)1，我也沒(méi)有數(shù)據(jù)要發(fā)送了，之后彼此 就會(huì)愉快的中斷這次TCP連接。如果要正確的理解四次分手的原理，就需要了解四次分手過(guò)程中的狀態(tài)變化。

FIN_WAIT_1: 這個(gè)狀態(tài)要好好解釋一下，其實(shí)FIN_WAIT_1和FIN_WAIT_2狀態(tài)的真正含義都是表示等 待對(duì)方的FIN報(bào)文。而這兩種狀態(tài)的區(qū)別是：FIN_WAIT_1狀態(tài)實(shí)際上是當(dāng)SOCKET在ESTABLISHED狀態(tài)時(shí)， 它想主動(dòng)關(guān)閉連接，向?qū)Ψ桨l(fā)送了FIN報(bào)文，此時(shí)該SOCKET即進(jìn)入到FIN_WAIT_1狀態(tài)。而當(dāng)對(duì)方回應(yīng)ACK報(bào) 文后，則進(jìn)入到FIN_WAIT_2狀態(tài)，當(dāng)然在實(shí)際的正常情況下，無(wú)論對(duì)方何種情況下，都應(yīng)該馬上回應(yīng)ACK 報(bào)文，所以FIN_WAIT_1狀態(tài)一般是比較難見(jiàn)到的，而FIN_WAIT_2狀態(tài)還有時(shí)常?？梢杂胣etstat看到。 (主動(dòng)方)

FIN_WAIT_2：上面已經(jīng)詳細(xì)解釋了這種狀態(tài)，實(shí)際上FIN_WAIT_2狀態(tài)下的SOCKET，表示半連接，也即 有一方要求close連接，但另外還告訴對(duì)方，我暫時(shí)還有點(diǎn)數(shù)據(jù)需要傳送給你(ACK信息)，稍后再關(guān)閉連接。 (主動(dòng)方)

CLOSE_WAIT：這種狀態(tài)的含義其實(shí)是表示在等待關(guān)閉。怎么理解呢?當(dāng)對(duì)方close一個(gè)SOCKET后發(fā)送FIN 報(bào)文給自己，你系統(tǒng)毫無(wú)疑問(wèn)地會(huì)回應(yīng)一個(gè)ACK報(bào)文給對(duì)方，此時(shí)則進(jìn)入到CLOSE_WAIT狀態(tài)。接下來(lái)呢，實(shí) 際上你真正需要考慮的事情是察看你是否還有數(shù)據(jù)發(fā)送給對(duì)方，如果沒(méi)有的話，那么你也就可以 close這個(gè) SOCKET，發(fā)送FIN報(bào)文給對(duì)方，也即關(guān)閉連接。所以你在CLOSE_WAIT狀態(tài)下，需要完成的事情是等待你去關(guān) 閉連接。(被動(dòng)方)

LAST_ACK: 這個(gè)狀態(tài)還是比較容易好理解的，它是被動(dòng)關(guān)閉一方在發(fā)送FIN報(bào)文后，***等待對(duì)方的ACK報(bào) 文。當(dāng)收到ACK報(bào)文后，也即可以進(jìn)入到CLOSED可用狀態(tài)了。(被動(dòng)方)

TIME_WAIT: 表示收到了對(duì)方的FIN報(bào)文，并發(fā)送出了ACK報(bào)文，就等2MSL后即可回到CLOSED可用狀態(tài)了。 如果FINWAIT1狀態(tài)下，收到了對(duì)方同時(shí)帶FIN標(biāo)志和ACK標(biāo)志的報(bào)文時(shí)，可以直接進(jìn)入到TIME_WAIT狀態(tài)，而無(wú) 須經(jīng)過(guò)FIN_WAIT_2狀態(tài)。(主動(dòng)方)

CLOSED: 表示連接中斷。

我想你應(yīng)該懂了

總結(jié)到這里，也該結(jié)束了，但是對(duì)于TCP的學(xué)習(xí)遠(yuǎn)還沒(méi)有結(jié)束。TCP是一個(gè)非常復(fù)雜的協(xié)議，這里稍微總結(jié)了一 下TCP的連接與斷開(kāi)連接是發(fā)生的事情，其中還有很多的“坑”，讓我們后續(xù)有時(shí)間再繼續(xù)填吧。好了，完畢!