TCP

TCP是一種面向連接的猜惋、可靠的折汞、基于字節(jié)流的傳輸層協(xié)議咒劲。在英特網(wǎng)協(xié)議中TCP位于IP層和應(yīng)用層之間。

* 功能

當(dāng)應(yīng)用層向TCP層發(fā)送用于網(wǎng)間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流的時(shí)候饲齐，TCP會(huì)把數(shù)據(jù)流分割成適當(dāng)長(zhǎng)度的報(bào)文段(最大傳輸段大小通常受該計(jì)算機(jī)連接的網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)鏈路層的最大傳送單元限制)钉凌，之后TCP把數(shù)據(jù)包傳給IP層，用它來通過網(wǎng)絡(luò)把包傳送給接收端實(shí)體的TCP層

* 可靠性

為了保證報(bào)文傳輸?shù)目煽啃晕嫒耍琓CP會(huì)把每個(gè)包一個(gè)序號(hào)御雕，同時(shí)序號(hào)也保證了傳送到接收端實(shí)體的包的按序接收。接收端對(duì)已接收的包發(fā)回一個(gè)相應(yīng)的確認(rèn)(ACK)滥搭；如果發(fā)送端實(shí)體在合理的往返時(shí)延(RTT)內(nèi)未收到確認(rèn)饮笛，那么對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)將會(huì)被重傳。

• 在數(shù)據(jù)正確性與合法性上论熙，TCP用一個(gè)校驗(yàn)和函數(shù)來檢驗(yàn)數(shù)據(jù)是否有錯(cuò)誤，在發(fā)送和接收時(shí)都要計(jì)算校驗(yàn)和摄狱；同時(shí)可以使用md5認(rèn)證對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密脓诡。
• 在保證可靠性上，采用超時(shí)重傳和捎帶確認(rèn)機(jī)制媒役。
• 在流量控制上祝谚，采用滑動(dòng)窗口 ^[1] 協(xié)議，協(xié)議中規(guī)定酣衷，對(duì)于窗口內(nèi)未經(jīng)確認(rèn)的分組需要重傳交惯。

* 連接建立

TCP是因特網(wǎng)中的傳輸層協(xié)議，使用三次握手協(xié)議建立連接穿仪。當(dāng)主動(dòng)發(fā)起SYN連接請(qǐng)求后席爽，等待對(duì)方回答SYN+ACK，并最終對(duì)對(duì)方的 SYN 執(zhí)行 ACK 確認(rèn)啊片。這種建立連接的方法可以防止產(chǎn)生錯(cuò)誤的連接只锻。

TCP三次握手的過程：
圖例：

TCP建立連接

1. 客戶端發(fā)送SYN（SEQ=x）報(bào)文給服務(wù)器端，進(jìn)入SYN_SEND狀態(tài)紫谷。
2. 服務(wù)器端收到SYN報(bào)文齐饮，回應(yīng)一個(gè)SYN （SEQ=y）ACK(ACK=x+1）報(bào)文捐寥，進(jìn)入SYN_RECV狀態(tài)。
3. 客戶端收到服務(wù)器端的SYN報(bào)文祖驱，回應(yīng)一個(gè)ACK(ACK=y+1）報(bào)文握恳，進(jìn)入Established狀態(tài)。

（注：TCP規(guī)定, SYN報(bào)文段（SYN=1的報(bào)文段）不能攜帶數(shù)據(jù)捺僻，但需要消耗掉一個(gè)序號(hào)乡洼。）

三次握手完成，TCP客戶端和服務(wù)器端成功地建立連接陵像，可以開始傳輸數(shù)據(jù)了就珠。

* 連接終止

建立一個(gè)連接需要三次握手，而終止一個(gè)連接要經(jīng)過四次握手醒颖，這是由TCP的半關(guān)閉（half-close）造成的妻怎。
圖例：

TCP關(guān)閉連接

1. 客戶端進(jìn)程發(fā)出連接釋放報(bào)文，并且停止發(fā)送數(shù)據(jù)泞歉。
   釋放數(shù)據(jù)報(bào)文首部逼侦，F(xiàn)IN=1，其序列號(hào)為seq=u（等于前面已經(jīng)傳送過來的數(shù)據(jù)的最后一個(gè)字節(jié)的序號(hào)加1）腰耙，此時(shí)客戶端進(jìn)入FIN-WAIT-1（終止等待1）狀態(tài)榛丢。 TCP規(guī)定，F(xiàn)IN報(bào)文段即使不攜帶數(shù)據(jù)挺庞，也要消耗一個(gè)序號(hào)晰赞。
2. 服務(wù)器收到連接釋放報(bào)文，發(fā)出確認(rèn)報(bào)文选侨，ACK=1掖鱼，確認(rèn)序號(hào)為 u+1，并且?guī)献约旱男蛄刑?hào)seq=v援制，此時(shí)服務(wù)端就進(jìn)入了CLOSE-WAIT（關(guān)閉等待）狀態(tài)戏挡。
   TCP服務(wù)器通知高層的應(yīng)用進(jìn)程，客戶端向服務(wù)器的方向就釋放了晨仑，這時(shí)候處于半關(guān)閉狀態(tài)褐墅，即客戶端已經(jīng)沒有數(shù)據(jù)要發(fā)送了，但是服務(wù)器若發(fā)送數(shù)據(jù)洪己，客戶端依然要接受妥凳。這個(gè)狀態(tài)還要持續(xù)一段時(shí)間，也就是整個(gè)CLOSE-WAIT狀態(tài)持續(xù)的時(shí)間答捕。
3. 客戶端收到服務(wù)器的確認(rèn)請(qǐng)求后猾封，此時(shí)客戶端就進(jìn)入FIN-WAIT-2（終止等待2）狀態(tài)，等待服務(wù)器發(fā)送連接釋放報(bào)文（在這之前還需要接受服務(wù)器發(fā)送的最終數(shù)據(jù)）
4. 服務(wù)器將最后的數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后噪珊，就向客戶端發(fā)送連接釋放報(bào)文晌缘，F(xiàn)IN=1齐莲，確認(rèn)序號(hào)為v+1，由于在半關(guān)閉狀態(tài)磷箕，服務(wù)器很可能又發(fā)送了一些數(shù)據(jù)选酗，假定此時(shí)的序列號(hào)為seq=w，此時(shí)岳枷，服務(wù)器就進(jìn)入了LAST-ACK（最后確認(rèn)）狀態(tài)芒填，等待客戶端的確認(rèn)。
5. 客戶端收到服務(wù)器的連接釋放報(bào)文后空繁，必須發(fā)出確認(rèn)殿衰，ACK=1，確認(rèn)序號(hào)為w+1盛泡，而自己的序列號(hào)是u+1闷祥，此時(shí)，客戶端就進(jìn)入了TIME-WAIT（時(shí)間等待）狀態(tài)傲诵。注意此時(shí)TCP連接還沒有釋放凯砍，必須經(jīng)過2?MSL（最長(zhǎng)報(bào)文段壽命）的時(shí)間后，當(dāng)客戶端撤銷相應(yīng)的TCB后拴竹，才進(jìn)入CLOSED狀態(tài)悟衩。
6. 服務(wù)器只要收到了客戶端發(fā)出的確認(rèn)，立即進(jìn)入CLOSED狀態(tài)栓拜。同樣座泳，撤銷TCB后，就結(jié)束了這次的TCP連接幕与∏ィ可以看到，服務(wù)器結(jié)束TCP連接的時(shí)間要比客戶端早一些纽门。

為什么最后客戶端還要等待 2*MSL的時(shí)間呢?

• MSL（Maximum Segment Lifetime），TCP允許不同的實(shí)現(xiàn)可以設(shè)置不同的MSL值营罢。
• 第一赏陵，保證客戶端發(fā)送的最后一個(gè)ACK報(bào)文能夠到達(dá)服務(wù)器，因?yàn)檫@個(gè)ACK報(bào)文可能丟失饲漾，站在服務(wù)器的角度看來蝙搔，我已經(jīng)發(fā)送了FIN+ACK報(bào)文請(qǐng)求斷開了，客戶端還沒有給我回應(yīng)考传，應(yīng)該是我發(fā)送的請(qǐng)求斷開報(bào)文它沒有收到吃型，于是服務(wù)器又會(huì)重新發(fā)送一次，而客戶端就能在這個(gè)2MSL時(shí)間段內(nèi)收到這個(gè)重傳的報(bào)文僚楞，接著給出回應(yīng)報(bào)文勤晚，并且會(huì)重啟2MSL計(jì)時(shí)器枉层。
• 第二，防止類似與“三次握手”中提到了的“已經(jīng)失效的連接請(qǐng)求報(bào)文段”出現(xiàn)在本連接中赐写∧窭客戶端發(fā)送完最后一個(gè)確認(rèn)報(bào)文后，在這個(gè)2MSL時(shí)間中挺邀，就可以使本連接持續(xù)的時(shí)間內(nèi)所產(chǎn)生的所有報(bào)文段都從網(wǎng)絡(luò)中消失揉忘。這樣新的連接中不會(huì)出現(xiàn)舊連接的請(qǐng)求報(bào)文。

為什么建立連接是三次握手端铛，關(guān)閉連接確是四次揮手呢泣矛？

• 建立連接的時(shí)候， 服務(wù)器在LISTEN狀態(tài)下禾蚕，收到建立連接請(qǐng)求的SYN報(bào)文后您朽，把ACK和SYN放在一個(gè)報(bào)文里發(fā)送給客戶端。
  而關(guān)閉連接時(shí)夕膀，服務(wù)器收到對(duì)方的FIN報(bào)文時(shí)虚倒，僅僅表示對(duì)方不再發(fā)送數(shù)據(jù)了但是還能接收數(shù)據(jù)，而自己也未必全部數(shù)據(jù)都發(fā)送給對(duì)方了产舞，所以己方可以立即關(guān)閉魂奥，也可以發(fā)送一些數(shù)據(jù)給對(duì)方后，再發(fā)送FIN報(bào)文給對(duì)方來表示同意現(xiàn)在關(guān)閉連接易猫，因此耻煤，己方ACK和FIN一般都會(huì)分開發(fā)送，從而導(dǎo)致多了一次准颓。