TCP,一个大家都熟悉的协议,对于技术人员来说,透彻的理解他,就到代表咱们的半只脚已经踏进了IT的大门。
TCP的特点
TCP提供一种面向连接的、可靠的字节流服务。面向连接意味着是一对一的连接(通常是一个客户端连接一个服务端),在交换数据之前,需要先建立连接。在TCP的连接中,仅有一对一的双方建立连接,多播和广播不属于TCP的连接。
TCP保证其可靠性的机制
- 应用数据被分割成TCP认为最适合发送的数据块。由TCP传递给IP的信息单位称为报文段或段(segment)。
- 超时重传策略。当TCP发出一个段后,它启动一个定时器,等待目的端确认收到这个报文段。如果不能及时收到一个确认,将重发这个报文段。
- 当TCP收到发自TCP连接另一端的数据,它将发送一个确认。这个确认不是立即发送,通常将推迟几分之一秒.
- TCP将保持它首部和数据的检验和。这是一个端到端的检验和,目的是检测数据在传输过程中的任何变化。
- 如果收到段的检验和有差错, TCP将丢弃这个报文段和不确认收到此报文段(希望发端超时并重发)。
- 既然TCP报文段作为IP数据报来传输,而 IP数据报的到达可能会失序,因此 TCP报文段的到达也可能会失序。如果必要,TCP将对收到的数据进行重新排序,将收到的数据以正确的顺序交给应用层。
- 既然IP数据报会发生重复,TCP的接收端必须丢弃重复的数据。
- TCP还能提供流量控制。 TCP连接的每一方都有固定大小的缓冲空间。TCP的接收端只允许另一端发送接收端缓冲区所能接纳的数据。这将防止较快主机致使较慢主机的缓冲区溢出。
(可参见《TCP/IP详解卷一》)
TCP一些属性说明
- 端口号:
每个TCP段都包含源端和目的端的端口号,用于寻找发端和收端应用进程。这两个值加
上IP首部中的源端IP地址和目的端IP地址唯一确定一个TCP连接。
- 网络套接字(socket):
一个IP地址和一个端口号也称为一个socket。它也作为表示伯克利版的编程接口,socket包含客户IP地址、客户端口号、服务器IP地址和服务器端口号的四元组,可唯一确定互联网络中每个TCP连接的双方。
- 全双工:
TCP为应用层提供全双工服务。这意味数据能在两个方向上独立地进行传输。因此,连
接的每一端必须保持每个方向上的传输数据序号。
当我们在Linux系统中使用tcpdump时可以看到一些数据的传输信息,这包含了TCP数据包的一些报头信息:
[[email protected] ~]# tcpdump 22:45:12.325568 IP 192.168.1.106.53021 > 192.168.1.210.ssh: Flags [.], ack 285080, win 62, length 0 22:45:12.325909 IP 192.168.1.210.ssh > 192.168.1.106.53021: Flags [P.], seq 285080:285340, ack 105, win 369, length 260
其中,格式为: 原地址 > 目的地址 : 标示,其中win表示窗口大小,也就是数据量的大小,可以用于流量控制,默认为4096,最大为65535,它是由一个16bit的字段表示的。
SYN: 同步序号连接标示,用来发起一个连接。
ACK: 应答标示,用来确认同步序号有效。
FIN:结束连接标示。
TCP三次握手过程
TCP的三次握手过程其实可以用一个简单的图表示:
连接过程:
- 请求端(通常为客户端)发送一个SYN段的请求,指明了客户端打算连接的服务的端口以及初始序号ISN,假设这个把报文段为SYN0.
- 服务器发回包含服务端的初始序号的SYN报文段(SYN1)作为应答,同时在请求端发送的SYN上加1,以ACK的方式返回进行确认。之所以会加1是因为一个SYN将占用一个序号。
- 客户端必须将确认序号设置为服务端的ISN加1返回一个ACK,以对服务器端SYN报文进行确认.
这样就建立了连接。
这一个简单的过程可以理解为,你去商店买东西.
你向服务员发起一个请求,说:我要xxx,请你把它给我(SYN0);
服务员说:好的我已经收到你的请求(SYN1)您要的是xxx对吧(ACK=SYN0+1);
你说:是的(Ack).
然后你们就开始进行交易。
TCP 四次断开过程
建立一个连接需要三次握手,而终止一个连接要经过4次握手。这由TCP的半关闭(HALF-CLOSE)造成的。既然一个TCP连接是全双工(即数据在两个方向上能同时传递),因此每个方
向必须单独地进行关闭。这原则就是当一方完成它的数据发送任务后就能发送一个FIN来终止
这个方向连接。当一端收到一个FIN,它必须通知应用层另一端几经终止了那个方向的数据传
送。发送FIN通常是应用层进行关闭的结果。
四次断开的图示如下:
断开的过程:
- 当有一方要终止连接时,会向对方发送一个FIN的信号n.
- 接受方收到信息后,会回复一个ACK(n+1)表示已经收到请求,但此时并不会立即中断连接,而是去尝试关闭自身的连接。
- 当响应客户端关闭本地的TCP连接之后,会向请求端重新发送一个新的FIN m,表示此事响应端可以关闭。
- 请求端接受到FIN m的信号后,回复一个ACK,同时自己也进入TIME_WAIT状态,而响应端进入close状态。
这里应用TCP/IP协议卷的一张图,说明了主机在TCP交互过程中状态的变化:
其实这些内容只是TCP协议的冰山一角,在这个交互过程中还有很多算法和协议规则,具体的细节大家可以参考TCP/IP协议卷。