TCP報(bào)文簡介
TCP報(bào)文格式
TCP/IP協(xié)議的詳細(xì)信息參看《TCP/IP協(xié)議詳解》三卷本艘包。下面是TCP報(bào)文格式圖：
上圖中有幾個(gè)字段需要重點(diǎn)介紹下：
（1）序號(hào)：Seq序號(hào)肤晓，占32位，用來標(biāo)識(shí)從TCP源端向目的端發(fā)送的字節(jié)流调鬓，發(fā)起方發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)對(duì)此進(jìn)行標(biāo)記艇炎。
（2）確認(rèn)序號(hào)：Ack序號(hào)，占32位腾窝，只有ACK標(biāo)志位為1時(shí)冕臭，確認(rèn)序號(hào)字段才有效，Ack=Seq+1燕锥。
（3）標(biāo)志位：共6個(gè)辜贵，即URG、ACK归形、PSH托慨、RST、SYN暇榴、FIN等厚棵，具體含義如下：
（A）URG：緊急指針（urgent pointer）有效。
（B）ACK：確認(rèn)序號(hào)有效蔼紧。
（C）PSH：接收方應(yīng)該盡快將這個(gè)報(bào)文交給應(yīng)用層婆硬。
（D）RST：重置連接。
（E）SYN：發(fā)起一個(gè)新連接奸例。
（F）FIN：釋放一個(gè)連接彬犯。
需要注意的是：
（A）不要將確認(rèn)序號(hào)Ack與標(biāo)志位中的ACK搞混了。
（B）確認(rèn)方Ack=發(fā)起方Req+1查吊，兩端配對(duì)谐区。 （大寫ACK表示報(bào)文中的一個(gè)標(biāo)志位）
TCP建立過程（三次握手）
所謂三次握手（Three-Way Handshake）即建立TCP連接，就是指建立一個(gè)TCP連接時(shí)逻卖，需要客戶端和服務(wù)端總共發(fā)送3個(gè)包以確認(rèn)連接的建立宋列。
（1）第一次握手：Client將標(biāo)志位SYN置為1，隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)值seq=J评也，并將該數(shù)據(jù)包發(fā)送給Server炼杖，Client進(jìn)入SYN_SENT狀態(tài)，等待Server確認(rèn)盗迟。
（2）第二次握手：Server收到數(shù)據(jù)包后由標(biāo)志位SYN=1知道Client請(qǐng)求建立連接坤邪，Server將標(biāo)志位SYN和ACK都置為1，ack=J+1诈乒，隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)值seq=K罩扇，并將該數(shù)據(jù)包發(fā)送給Client以確認(rèn)連接請(qǐng)求婆芦，Server進(jìn)入SYN_RCVD狀態(tài)怕磨。
（3）第三次握手：Client收到確認(rèn)后喂饥，檢查ack是否為J+1，ACK是否為1肠鲫，如果正確則將標(biāo)志位ACK置為1员帮，ack=K+1，并將該數(shù)據(jù)包發(fā)送給Server导饲，Server檢查ack是否為K+1捞高，ACK是否為1，如果正確則連接建立成功渣锦，Client和Server進(jìn)入ESTABLISHED狀態(tài)硝岗，完成三次握手，隨后Client與Server之間可以開始傳輸數(shù)據(jù)了袋毙。
注意：三次握手的序列號(hào)和確認(rèn)號(hào)型檀，如果用（序列號(hào)，確認(rèn)號(hào)）表示一次握手听盖，則三次握手的過程序列號(hào)和確認(rèn)號(hào)如下：
第1步：客戶端向服務(wù)器發(fā)送一個(gè)同步數(shù)據(jù)包請(qǐng)求建立連接胀溺，該數(shù)據(jù)包中，初始序列號(hào)（ISN）是客戶端隨機(jī)產(chǎn)生的一個(gè)值皆看，確認(rèn)號(hào)是0仓坞；
第2步：服務(wù)器收到這個(gè)同步請(qǐng)求數(shù)據(jù)包后，會(huì)對(duì)客戶端進(jìn)行一個(gè)同步確認(rèn)腰吟。這個(gè)數(shù)據(jù)包中无埃，序列號(hào)（ISN）是服務(wù)器隨機(jī)產(chǎn)生的一個(gè)值，確認(rèn)號(hào)是客戶端的初始序列號(hào)+1毛雇；
第3步：客戶端收到這個(gè)同步確認(rèn)數(shù)據(jù)包后录语，再對(duì)服務(wù)器進(jìn)行一個(gè)確認(rèn)。該數(shù)據(jù)包中禾乘，序列號(hào)是上一個(gè)同步請(qǐng)求數(shù)據(jù)包中的確認(rèn)號(hào)值澎埠，確認(rèn)號(hào)是服務(wù)器的初始序列號(hào)+1。
1始藕、（X,0）
2蒲稳、（Y,X+1）
3、（X+1伍派，Y+1）
TCP斷開連接過程（四次揮手）
【注意】中斷連接端可以是Client端江耀，也可以是Server端。
假設(shè)Client端發(fā)起中斷連接請(qǐng)求诉植，也就是發(fā)送FIN報(bào)文祥国。Server端接到FIN報(bào)文后，意思是說"我Client端沒有數(shù)據(jù)要發(fā)給你了"，但是如果你還有數(shù)據(jù)沒有發(fā)送完成舌稀，則不必急著關(guān)閉Socket啊犬，可以繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)。所以你先發(fā)送ACK壁查，"告訴Client端觉至，你的請(qǐng)求我收到了，但是我還沒準(zhǔn)備好睡腿，請(qǐng)繼續(xù)你等我的消息"语御。這個(gè)時(shí)候Client端就進(jìn)入FIN_WAIT狀態(tài)，繼續(xù)等待Server端的FIN報(bào)文席怪。當(dāng)Server端確定數(shù)據(jù)已發(fā)送完成应闯，則向Client端發(fā)送FIN報(bào)文，"告訴Client端挂捻，好了孽锥，我這邊數(shù)據(jù)發(fā)完了，準(zhǔn)備好關(guān)閉連接了"细层。Client端收到FIN報(bào)文后惜辑，"就知道可以關(guān)閉連接了，但是他還是不相信網(wǎng)絡(luò)疫赎，怕Server端不知道要關(guān)閉盛撑，所以發(fā)送ACK后進(jìn)入TIME_WAIT狀態(tài)，如果Server端沒有收到ACK則可以重傳捧搞。“胎撇，Server端收到ACK后介粘，"就知道可以斷開連接了"。Client端等待了2MSL后依然沒有收到回復(fù)，則證明Server端已正常關(guān)閉宝鼓，那好蛉签，我Client端也可以關(guān)閉連接了乒验。Ok愚隧，TCP連接就這樣關(guān)閉了蒂阱！
由于TCP連接時(shí)全雙工的锻全，因此，每個(gè)方向都必須要單獨(dú)進(jìn)行關(guān)閉录煤，這一原則是當(dāng)一方完成數(shù)據(jù)發(fā)送任務(wù)后鳄厌，發(fā)送一個(gè)FIN來終止這一方向的連接，收到一個(gè)FIN只是意味著這一方向上沒有數(shù)據(jù)流動(dòng)了妈踊，即不會(huì)再收到數(shù)據(jù)了了嚎，但是在這個(gè)TCP連接上仍然能夠發(fā)送數(shù)據(jù)，直到這一方向也發(fā)送了FIN廊营。首先進(jìn)行關(guān)閉的一方將執(zhí)行主動(dòng)關(guān)閉歪泳，而另一方則執(zhí)行被動(dòng)關(guān)閉，上圖描述的即是如此露筒。
第一次揮手：Client發(fā)送一個(gè)FIN呐伞，用來關(guān)閉Client到Server的數(shù)據(jù)傳送，Client進(jìn)入FIN_WAIT_1狀態(tài)慎式。
第二次揮手：Server收到FIN后伶氢，發(fā)送一個(gè)ACK給Client，確認(rèn)序號(hào)為收到序號(hào)+1（與SYN相同瘪吏，一個(gè)FIN占用一個(gè)序號(hào)）癣防，Server進(jìn)入CLOSE_WAIT狀態(tài)。
第三次揮手：Server發(fā)送一個(gè)FIN掌眠，用來關(guān)閉Server到Client的數(shù)據(jù)傳送蕾盯，Server進(jìn)入LAST_ACK狀態(tài)。
第四次揮手：Client收到FIN后蓝丙，Client進(jìn)入TIME_WAIT狀態(tài)刑枝，接著發(fā)送一個(gè)ACK給Server，確認(rèn)序號(hào)為收到序號(hào)+1迅腔，Server進(jìn)入CLOSED狀態(tài)装畅，完成四次揮手。
四次揮手的序列號(hào)和確認(rèn)號(hào)
（u沧烈，0）
（v掠兄，u+1）
（w，u+1）
（u+1，w+1）
上面是一方主動(dòng)關(guān)閉蚂夕，另一方被動(dòng)關(guān)閉的情況迅诬，實(shí)際中還會(huì)出現(xiàn)同時(shí)發(fā)起主動(dòng)關(guān)閉的情況，具體流程如下圖：
【問題1】為什么連接的時(shí)候是三次握手婿牍，關(guān)閉的時(shí)候卻是四次握手侈贷？
答：因?yàn)楫?dāng)Server端收到Client端的SYN連接請(qǐng)求報(bào)文后，可以直接發(fā)送SYN+ACK報(bào)文等脂。其中ACK報(bào)文是用來應(yīng)答的俏蛮，SYN報(bào)文是用來同步的。但是關(guān)閉連接時(shí)上遥，當(dāng)Server端收到FIN報(bào)文時(shí)搏屑，很可能并不會(huì)立即關(guān)閉SOCKET，所以只能先回復(fù)一個(gè)ACK報(bào)文粉楚，告訴Client端辣恋，"你發(fā)的FIN報(bào)文我收到了"。只有等到我Server端所有的報(bào)文都發(fā)送完了模软，我才能發(fā)送FIN報(bào)文伟骨，因此不能一起發(fā)送。故需要四步握手燃异。
【問題2】為什么TIME_WAIT狀態(tài)需要經(jīng)過2MSL(最大報(bào)文段生存時(shí)間)才能返回到CLOSE狀態(tài)携狭？
答：雖然按道理，四個(gè)報(bào)文都發(fā)送完畢特铝，我們可以直接進(jìn)入CLOSE狀態(tài)了暑中，但是我們必須假象網(wǎng)絡(luò)是不可靠的，有可以最后一個(gè)ACK丟失鲫剿。所以TIME_WAIT狀態(tài)就是用來重發(fā)可能丟失的ACK報(bào)文鳄逾。
為什么是2MSL，主要是為了考慮到如果最后一個(gè)ACK丟失灵莲，服務(wù)端會(huì)重新發(fā)FIN雕凹，客戶端等待2MSL，才能接收到服務(wù)端重新發(fā)送的FIN報(bào)文政冻。
【問題3】RST的作用
RST表示復(fù)位枚抵，用來異常的關(guān)閉連接，在TCP的設(shè)計(jì)中它是不可或缺的明场。就像上面說的一樣汽摹，發(fā)送RST包關(guān)閉連接時(shí)，不必等緩沖區(qū)的包都發(fā)出去（不像上面的FIN包）苦锨，直接就丟棄緩存區(qū)的包發(fā)送RST包逼泣。而接收端收到RST包后趴泌，也不必發(fā)送ACK包來確認(rèn)。
TCP處理程序會(huì)在自己認(rèn)為的異常時(shí)刻發(fā)送RST包拉庶。例如嗜憔，A向B發(fā)起連接，但B之上并未監(jiān)聽相應(yīng)的端口氏仗，這時(shí)B操作系統(tǒng)上的TCP處理程序會(huì)發(fā)RST包吉捶。
又比如，AB正常建立連接了皆尔，正在通訊時(shí)呐舔，A向B發(fā)送了FIN包要求關(guān)連接，B發(fā)送ACK后床佳，網(wǎng)斷了滋早，A通過若干原因放棄了這個(gè)連接（例如進(jìn)程重啟）榄审。網(wǎng)通了后砌们，B又開始發(fā)數(shù)據(jù)包，A收到后表示壓力很大搁进，不知道這野連接哪來的浪感，就發(fā)了個(gè)RST包強(qiáng)制把連接關(guān)了，B收到后會(huì)出現(xiàn)connect reset by peer錯(cuò)誤饼问。
【問題4】當(dāng)URG=1時(shí)
緊急比特URG——當(dāng)URG＝1時(shí)影兽，表明緊急指針字段有效。它告訴系統(tǒng)此報(bào)文段中有緊急數(shù)據(jù)莱革，應(yīng)盡快傳送(相當(dāng)于高優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù))峻堰。
