[[276056]]

 一、什么是TCP，他是干什么的?

TCP即傳輸控制協(xié)議(Transmission Control Protocol)是一種面向連接的、可靠的、基于字節(jié)流的傳輸層通訊協(xié)議。

TCP是為了在不可靠的互聯(lián)網(wǎng)上提供可靠的端到端字節(jié)流而專門設(shè)計的一個傳輸協(xié)議。

互聯(lián)網(wǎng)與單個網(wǎng)絡(luò)有很大的不同，因為互聯(lián)網(wǎng)的不同部分可能有截然不同的拓補結(jié)構(gòu)、帶寬、延遲、數(shù)據(jù)包大小和其他參數(shù)。TCP的設(shè)計目標是能夠動態(tài)地適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)的這些特性，而且具備面向各種故障的健壯性。

不同主機的應(yīng)用層之間經(jīng)常需要可靠的、像管道一樣的連接，但是IP層不提供這樣的流機制，而是提供不可靠的包交換。

應(yīng)用層向TCP層發(fā)送用于網(wǎng)間傳輸?shù)摹⒂?位字節(jié)表示的數(shù)據(jù)流，然后TCP把數(shù)據(jù)流分區(qū)成適當長度的報文段(通常受計算連接的網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)鏈路層的最大傳輸單元(MTU)的限制)。之后TCP把結(jié)果包傳輸給IP層，有它來通過網(wǎng)絡(luò)將包傳送給接收端實體的TCP層。

TCP為了保證不發(fā)生丟包，就給每個包一個序號，同時序號也保證了傳送到接收端實體的包的按序接收。然后

接收端實體對已成功接收到的包回一個相應(yīng)的確認(ACK);如果發(fā)送端實體在合理的往返時延(RTT)內(nèi)未接收到確認，那么對應(yīng)的數(shù)據(jù)包就被假設(shè)為已丟失將會被進行重傳。TCP用一個校驗和函數(shù)來校驗數(shù)據(jù)是否有誤;在發(fā)送和接收時都要計算校驗。

每臺支持TCP的機器都有一個TCP傳輸實體。TCP 實體可以時一個庫過程、一個用戶進程、或者內(nèi)核的一部分。在所有這些情形下，它管理TCP流，以及與IP層之間的接口。TCP傳輸實體接收本地進程的用戶數(shù)據(jù)流，將他們分割成不超過64KB(實際上去掉IP和TCP頭，通常不超過1460數(shù)據(jù)字節(jié))的分段，每個分段以單獨的IP數(shù)據(jù)報形式發(fā)送。當包含TCP數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)報到達一臺機器時，它們被遞交給TCP傳輸實體，TCP傳輸實體重構(gòu)出原始的字節(jié)流。為簡化起見，我們有時候僅僅用TCP來代表TCP傳輸實體(一段軟件)或者TCP協(xié)議(一組規(guī)則)。根據(jù)上下文語義你應(yīng)該能很清楚的推斷出其實際含義。例如，在‘用戶將數(shù)據(jù)提交給TCP’這句話中，很顯然這里指的時TCP實體。

IP層并不保證數(shù)據(jù)報一定被正確的提交到接收方，也不只是數(shù)據(jù)報的發(fā)送速度有多塊。正是TCP負責紀要足夠快的發(fā)送數(shù)據(jù)報，以便使用網(wǎng)絡(luò)容量，但又不能引起網(wǎng)絡(luò)阻塞：而且，TCP超時后，要重傳沒有遞交的數(shù)據(jù)報。即使被正確遞交的數(shù)據(jù)報，也可能存在錯誤的問題，這也是TCP的責任，它必須把接收到的數(shù)據(jù)報重新裝配成正確的順序，簡言之，TCP必須提供可靠性的良好性能，這正是大多數(shù)用戶所期望的而IP又沒有提供的功能。

二、主要特點

當應(yīng)用層向TCP層發(fā)送用于網(wǎng)間傳輸?shù)?、?位字節(jié)表示的數(shù)據(jù)流，TCP則把數(shù)據(jù)流分割成適當長度的報文。之后TCP把數(shù)據(jù)包傳遞給IP層，由它來通過網(wǎng)絡(luò)將包傳送給接收端實體的TCP層。

TCP是一種面向廣域網(wǎng)的通信協(xié)議，目的是在跨越多個網(wǎng)絡(luò)通信時，為兩個通信端點之間提供一條具有一下特點的通信方式：

(1)基于流的方式;

(2)面向連接;

(3)可靠通信方式;

(4)在網(wǎng)絡(luò)情況不佳的時候盡量降低系統(tǒng)由于重傳帶來的帶寬開銷;

(5)通信連接維護是面向的兩個端點的，而不考慮中間網(wǎng)段和節(jié)點。

為滿足TCP協(xié)議的這些特點，TCP協(xié)議做了以下規(guī)定：

①數(shù)據(jù)分片：在發(fā)送端對用戶數(shù)據(jù)進行分片，在接收端進行重組，由TCP確定分片的大小并控制分片和重組;

②到達確認：接收端接收到分片數(shù)據(jù)時，根據(jù)分片數(shù)據(jù)序號向發(fā)送端發(fā)送一個確認;

③超時重發(fā)：發(fā)送方在發(fā)送分片時啟動超時定時器，如果在定時器超時之后沒有接收到對應(yīng)的確認，重發(fā)分片;

④滑動窗口：TCP連接每一方的接收緩沖空間大小都固定，接收端只允許另一端發(fā)送接收端緩沖區(qū)所能接納的數(shù)據(jù)，TCP在滑動窗口的基礎(chǔ)上提供流量控制，防止較快主機致使較慢主機的緩沖區(qū)溢出;

⑤失序處理：作為IP數(shù)據(jù)報來傳輸?shù)腡CP分片到達時可能會失序，TCP將對接收的數(shù)據(jù)進行重新排序，將接收到的數(shù)據(jù)以正確的順序交給應(yīng)用層;

⑥重復(fù)處理：作為IP數(shù)據(jù)報來傳輸?shù)腡CP分片會發(fā)生重復(fù)，TCP的接收端必須丟棄重復(fù)的數(shù)據(jù);

⑦數(shù)據(jù)校驗：TCP將保持它首部和數(shù)據(jù)的校驗和，這是一個端到端的校驗和，目的是檢測數(shù)據(jù)在傳輸過程中的任何變化。如果收到分片的校驗和由差錯，TCP將丟棄這個分片，并確認接收到此報文段導(dǎo)致對端超時并重發(fā)。

三、工作方式

建立連接

TCP是因特網(wǎng)中的傳輸層協(xié)議，使用三次握手協(xié)議建立連接。當主動方發(fā)出SYN連接請求后，等待對方回答SYN+ACK，并最終對對方的SYN執(zhí)行ACK確認。這種建立連接的方法可以防止產(chǎn)生錯誤的連接，TCP使用的流量控制協(xié)議是可便大小的華東窗口協(xié)議。

TCP三次握手的過程如下：

(1)客戶端發(fā)送SYN(SEQ=x)報文給服務(wù)端，進入SYN_SEND狀態(tài)。

(2)服務(wù)端接收SYN報文，回應(yīng)一個SYN(SEQ=y)ACK(ACK=x+1)報文，進入SYN_RECV狀態(tài)。

(3)客戶端收到服務(wù)器端的SYN報文，回應(yīng)一個ACK(ACK=y+1)報文，進入Established狀態(tài)。

三次握手完成，TCP客戶端和服務(wù)器端成功的建立連接，可以開始傳輸數(shù)據(jù)了。如圖：

連接終止

建立一個連接需要三次握手，而重一一個連接要經(jīng)過四次握手，這是由TCP的半關(guān)閉(half-close)造成的。具體過程如下圖所示。

(1)某個應(yīng)用進程首先調(diào)用close，稱該端執(zhí)行”主動關(guān)閉“(active close)。該端的TCP于是發(fā)送一個FIN分節(jié)，表示數(shù)據(jù)分發(fā)完畢。

(2)接收到這個FIN的對端執(zhí)行”被動關(guān)閉“(passive close)，這個FIN由TCP確認。

注意：FIN的接收也作為一個文件結(jié)束符(end-of-file)傳遞給接收端應(yīng)用進程，放在已排隊等候應(yīng)用進程接收的任何其他數(shù)據(jù)報之后，因為，F(xiàn)IN的接收意味著金額手段應(yīng)用進程相應(yīng)連接再無額外數(shù)據(jù)可接收。

(3)一段時間后，接收到這個文件結(jié)束符的應(yīng)用進程將調(diào)用close關(guān)閉它的套接字，這導(dǎo)致它的TCP也發(fā)送一個FIN。

(4)接收這個最終FIN的原發(fā)送端TCP(即執(zhí)行主動關(guān)閉的那端)確認這個FIN。既然每個方向都需要一個FIN和一個ACK，因此通常需要4個分節(jié)。