TCP詳解

時間 2019-11-16

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1. TCP

1.1 概念

面向鏈接、可靠的基於字節流的傳輸協議。
將應用層的的數據分割成報文段併發送給目標節點的 TCP 層
每一個數據包都有相對應的序號，對方收到後就發送 ACK 確認，未收到就重傳
使用校驗和來檢測傳輸過程當中是否出現錯誤

1.2 TCP 報文頭

1.3 TCP 報文頭字段含義

1. Source Port和Destination Port:

分別佔用16位，表示源端口號和目的端口號，用於區別主機中的不一樣進程，而IP地址是用來區分不一樣的主機的，源端口號和目的端口號配合上IP首部中的源IP地址和目的IP地址就能惟一的肯定一個TCP鏈接。編程

2. Sequence Number:

用來標識從TCP發端向TCP收端發送的數據字節流，它表示在這個報文段中的的第一個數據字節在數據流中的序號;主要用來解決網絡報文亂序的問題。安全

3. Acknowledgment Number:

32位確認序列號包含發送確認的一端所指望收到的下一個序號，所以，確認序號應當是上次已成功收到數據字節序號加1。不過，只有當標誌位中的ACK標誌(下面介紹)爲1時該確認序列號的字段纔有效。主要用來解決不丟包的問題。服務器

4. Offset:

給出首部中32 bit字的數目，須要這個值是由於任選字段的長度是可變的。這個字段佔4bit(最多能表示15個32bit的的字，即4*15=60個字節的首部長度)，所以TCP最多有60字節的首部。然而，沒有任選字段，正常的長度是20字節。cookie

5. TCP Flags:

TCP首部中有6個標誌比特，它們中的多個可同時被設置爲1，主要是用於操控TCP的狀態機的，依次爲URG，ACK，PSH，RST，SYN，FIN。每一個標誌位的意思以下：網絡

URG：此標誌表示TCP包的緊急指針域(後面立刻就要說到)有效，用來保證TCP鏈接不被中斷，而且督促中間層設備要儘快處理這些數據。併發
ACK 此標誌表示應答域有效，就是說前面所說的TCP應答號將會包含在TCP數據包中;有兩個取值：0和1，爲1的時候表示應答域有效，反之爲0。socket
PSH：這個標誌位表示Push操做。所謂Push操做就是指在數據包到達接收端之後，當即傳送給應用程序，而不是在緩衝區中排隊。tcp
RST：這個標誌表示鏈接復位請求。用來複位那些產生錯誤的鏈接，也被用來拒絕錯誤和非法的數據包。線程
SYN：表示同步序號，用來創建鏈接。SYN標誌位和ACK標誌位搭配使用，當鏈接請求的時候，SYN=1， ACK=0;鏈接被響應的時候，SYN=1，ACK=1;這個標誌的數據包常常被用來進行端口掃描。掃描者發送一個只有SYN的數據包，若是對方主機響應了一個數據包回來，就代表這臺主機存在這個端口;可是因爲這種掃描方式只是進行TCP三次握手的第一次握手，所以這種掃描的成功表示被掃描的機器不很安全，一臺安全的主機將會強制要求一個鏈接嚴格的進行TCP的三次握手。3d
FIN：表示發送端已經達到數據末尾，也就是說雙方的數據傳送完成，沒有數據能夠傳送了，發送FIN標誌位的TCP數據包後，鏈接將被斷開。這個標誌的數據包也常常被用於進行端口掃描。

6. Window:

滑動窗口大小 (流量控制)。

7. 校驗和：

奇偶校驗，此校驗和是對整個的 TCP 報文段，包括 TCP 頭部和 TCP 數據，以 16 位字進行計算所得。由發送端計算和存儲，並由接收端進行驗證。

8. 緊急指針：

只有當 URG 標誌置 1 時緊急指針纔有效。緊急指針是一個正的偏移量，和順序號字段中的值相加表示緊急數據最後一個字節的序號。 TCP 的緊急方式是發送端向另外一端發送緊急數據的一種方式。

9. 選項和填充：

最多見的可選字段是最長報文大小，又稱爲MSS（Maximum Segment Size），每一個鏈接方一般都在通訊的第一個報文段（爲創建鏈接而設置SYN標誌爲1的那個段）中指明這個選項，它表示本端所能接受的最大報文段的長度。選項長度不必定是32位的整數倍，因此要加填充位，即在這個字段中加入額外的零，以保證TCP頭是32的整數倍。

10. 數據部分：

TCP 報文段中的數據部分是可選的。在一個鏈接創建和一個鏈接終止時，雙方交換的報文段僅有 TCP 首部。若是一方沒有數據要發送，也使用沒有任何數據的首部來確認收到的數據。在處理超時的許多狀況中，也會發送不帶任何數據的報文段。

2. 三次握手

2.1 緣由

爲何須要三次握手：

IP 是位於網絡層的無鏈接的通信協議，IP 協議只負責將 IP 包送往發送給目的地，但不確保發送到目的地，因此在傳輸層採用有鏈接的方式，來確保數據的送達。

2.2 概念

所謂三次握手是指創建一個 TCP 鏈接時須要客戶端和服務器端總共發送三個包以確認鏈接的創建。在socket編程中，這一過程由客戶端執行connect來觸發。

2.3 三次握手的流程圖

2.4 流程圖的解釋

第一次握手：客戶端將標誌位SYN置爲1，隨機產生一個值seq=J，並將該數據包發送給服務器端，客戶端進入SYN_SENT狀態，等待服務器端確認。
第二次握手：服務器端收到數據包後由標誌位SYN=1知道客戶端請求創建鏈接，服務器端將標誌位SYN和ACK都置爲1，ack=J+1，隨機產生一個值seq=K，並將該數據包發送給客戶端以確認鏈接請求，服務器端進入SYN_RCVD狀態。
第三次握手：客戶端收到確認後，檢查ack是否爲J+1，ACK是否爲1，若是正確則將標誌位ACK置爲1，ack=K+1，並將該數據包發送給服務器端，服務器端檢查ack是否爲K+1，ACK是否爲1，若是正確則鏈接創建成功，客戶端和服務器端進入ESTABLISHED狀態，完成三次握手，隨後客戶端與服務器端之間能夠開始傳輸數據了。