TCP协议

白日梦最可笑
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一.TCP/IP协议介绍

image.png 共定义了四层，和OSI七层参考模型的分层有对应关系

官方分成了四层：

  • 应用层
  • 传输层
  • 互联网
  • 网络接口层

关于TCP协议

  • TCP是面向连接的、可靠的进程到进程通信的协议
  • TCP提供全双工服务，即数据可在同一时间双向传输，每一个TCP都有发送缓存和接收缓存，用来临时存储数据

TCP报文段

image.png 下面我们了解一下报文各个部分的含义

  • 源端口号：是发送方进程对应的端口号
  • 目标端口号：是接收方的端口号
  • 序号：将所有的数据分片，并编上编号
  • 确认号（ack）：发送方给接收方发送消息时，每一个数据包里有一个序号，里面有一个确定号，当接收方给发送方回消息的时候会发送这个确定号，以确定所有的数据都已经收到
  • 首部长度：就是整个TCP报文的长度（20-60）字节
  • 保留：作为今后的扩展功能用，暂时还没有用到，是空的
  • 控制位：控制位非常重要，TCP的连接、传输和断开都受到这几个控制位的指挥
    • URG（紧急位）：当URG=1时，紧急指针有效，表示本报文段中发送的数据包含紧急数据（特殊情况下）
    • ACK（确认位）：当ACK=1时，确定目前处于连接状态
    • PSH（急切位）：当RSH=1时，要求接收方尽快将数据段传送到应用层（正常状态下）
    • RST（重置位）：当RST=1时，重新建立和接收方的连接
    • SYN（同步位）：当SYN=1时，请求建立连接
    • FIN（断开位）：当FIN=1时，请求断开连接
  • 窗口值：表示本地可接收数据段的数目，这个值得大小是可变的，TCP协议中的流量控制机制就是依靠变化窗口值的大小实现的
  • 校验和：校验在传输过程中数据有没有损坏、篡改
  • 紧急指针：和URG配合使用，当URG=1时有效
  • 选项：在TCP首部可以有多达40字节的可选信息

拓展：

  •  pid号：系统每开启一个进程会自动分配一个pid号给这个进程，方便系统性管理

  •  所有的系统都是从1开始

  •  端口号：区别两个系统之间的进程

  •  服务端：端口号约定不会轻易改变（iana 组织规定 前1000左右）服务端会开启监听的进程

  •  客户端：端口随机生成

    三.TCP的特性

  1. 工作在传输层
  2. 面向连接协议-----在源点和终点之间建立一条虚连接
  3. 全双工协议-----数据可在同一时间双向传输
  4. 半关闭-----在TCP断开连接的时候有一个半关闭状态
  5. 错误检查-----控制位RST控制
  6. 将数据打包成段，排序-----报文中序号的控制
  7. 确认机制-----报文中确认号控制
  8. 数据恢复，重传-----控制位RST控制
  9. 流量控制，滑动窗口-----报文中窗口值的大小控制

四.TCP三次握手

TCP建立连接的过程称为三次握手

第一次握手

image.png

  • PC1向PC2发送建立连接的请求，此时就需要发送请求连接的申请，此过程的典型标志就是控制位SYN=1，还有数据字节分片的序号seq，这里假设是X

第二次握手

image.png 这一部分其实是分两部分完成的

  • PC2收到PC1的请求，向PC1回复一个消息确认连接，此过程的典型标志就是控制位ACK=1，还有一个回复的确认号ack，确认号的值是PC1发给PC2时的序列号加1，也就是ack=X+1
  • 此时PC2也会向PC1发起建立连接的请求，这个过程就和第一次握手一样，典型标志就是控制位SYN=1，还有数据字节分片的序号seq，这里假设是y

第三次握手

image.png

  • PC1收到PC2确认连接和请求连接的回复，也会像PC2回复一个确认连接的消息，此时典型标志的控制位就是ACK=1，确认号是PC2发送消息的序号加1，就是y+1，还有自己发送的数据的分片序号就是第一次握手时的序号加1，就是X+1

有限状态机（扩展）

  1. CLOSED 没有任何连接状态

  2. LISTEN 侦听状态，等待来自远方TCP端口的连接请求 （服务开启 http（进程） 80端口在帮进程 看着 有没有人找 http ）

  3. SYN-SENT 在发送连接请求后，等待对方确认

  4. SYN-RECEIVED 在收到和发送一个连接请求后，等待对方确认

  5. ESTABLISHED 代表传输连接建立，双方进入数据传送状态

  6. FIN-WAIT-1 主动关闭,主机已发送关闭连接请求，等待对方确认

  7. FIN-WAIT-2 主动关闭,主机已收到对方关闭传输连接确认，等待对方发送关闭传输连接请求

  8. TIME-WAIT 完成双向传输连接关闭，等待所有分组消失

  9. CLOSE-WAIT 被动关闭,收到对方发来的关闭连接请求，并已确认

  10. LAST-ACK 被动关闭,等待最后一个关闭传输连接确认，并等待所有分组消失

  11. CLOSING 双方同时尝试关闭传输连接，等待对方确认

总结

为什么TCP建立连接时是三次握手而不是四次握手或者两次握手呢？

这就和我在说第二次握手时由两部分完成的有关了
因为有来有回才是一次通信，第一次握手PC1给PC2发送请求是一次去程，PC2给PC1回复同意的消息是一次回程
并且这次也有一个请求时，对于PC2来说这条消息也是对PC1的一次去程，当第三次握手时，PC1给PC2回复确认的消息就是一次回程
这样就建立了两次通信
如果是两次握手就太少，四次握手就太多
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