TCP 传输控制协议(转)

开头先说几个协议:

IP:网际协议

TCP:传输控制协议

Http:超文本传输协议

AMQP:高级消息队列协议

一:TCP是什么?

TCP(Transmission Control Protocol 传输控制协议)是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。

首先来看看OSI的七层模型:

我们需要知道TCP工作在网络OSI的七层模型中的第四层——Transport层,IP在第三层——Network层,ARP在第二层——Data Link层;

在第二层上的数据,我们把它叫Frame,在第三层上的数据叫Packet,第四层的数据叫Segment。

同时,我们需要简单的知道,数据从应用层发下来,会在每一层都会加上头部信息,进行封装,然后再发送到数据接收端。这个基本的流程你需要知道,就是每个数据都会经过数据的封装和解封装的过程。

在OSI七层模型中,每一层的作用和对应的协议如下:

详细协议:

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OSI:
物理层:EIA/TIA-232, EIA/TIA-499, V.35, V.24, RJ45, Ethernet, 802.3, 802.5, FDDI, NRZI, NRZ, B8ZS
数据链路层:Frame Relay, HDLC, PPP, IEEE 802.3/802.2, FDDI, ATM,  IEEE 802.5/802.2, 【ARP,RARP】,VLAN、MAC
网络层:IP,IPX,AppleTalk DDP,OSPF、RIP、IGRP、ICMP、ARP、RARP
传输层:TCP,UDP,SPX 
会话层:RPC,SQL,NFS,NetBIOS,names,AppleTalk,ASP,DECnet,SCP 
表示层:TIFF,GIF,JPEG,PICT,ASCII,EBCDIC,encryption,MPEG,MIDI,HTML 
应用层:HTTP,FTP,WWW,Telnet,NFS,SMTP,Gateway,SNMP
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在Wireshark中对应查看:

二:查看TCP头部:

头部的详细说明:

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Source Port和Destination Port:分别占用16位,表示源端口号和目的端口号;用于区别主机中的不同进程,而IP地址是用来区分不同的主机的,源端口号和目的端口号配合上IP首部中的源IP地址和目的IP地址就能唯一的确定一个TCP连接;

Sequence Number:用来标识从TCP发端向TCP收端发送的数据字节流,它表示在这个报文段中的的第一个数据字节在数据流中的序号;主要用来解决网络报乱序的问题;

Acknowledgment Number:32位确认序列号包含发送确认的一端所期望收到的下一个序号,因此,确认序号应当是上次已成功收到数据字节序号加1。不过,只有当标志位中的ACK标志(下面介绍)为1时该确认序列号的字段才有效。主要用来解决不丢包的问题;

Offset:给出首部中32 bit字的数目,需要这个值是因为任选字段的长度是可变的。这个字段占4bit(最多能表示15个32bit的的字,即4*15=60个字节的首部长度),因此TCP最多有60字节的首部。然而,没有任选字段,正常的长度是20字节;

TCP Flags:TCP首部中有6个标志比特,它们中的多个可同时被设置为1,主要是用于操控TCP的状态机的,依次为URG,ACK,PSH,RST,SYN,FIN。每个标志位的意思如下:

URG:此标志表示TCP包的紧急指针域(后面马上就要说到)有效,用来保证TCP连接不被中断,并且督促中间层设备要尽快处理这些数据;

ACK:此标志表示应答域有效,就是说前面所说的TCP应答号将会包含在TCP数据包中;有两个取值:0和1,为1的时候表示应答域有效,反之为0;

PSH:这个标志位表示Push操作。所谓Push操作就是指在数据包到达接收端以后,立即传送给应用程序,而不是在缓冲区中排队;

RST:这个标志表示连接复位请求。用来复位那些产生错误的连接,也被用来拒绝错误和非法的数据包;

SYN:表示同步序号,用来建立连接。SYN标志位和ACK标志位搭配使用,
当连接请求的时候,SYN=1,ACK=0;连接被响应的时候,SYN=1,ACK=1;这个标志的数据包经常被用来进行端口扫描。扫描者发送一个只有SYN的数据包,如果对方主机响应了一个数据包回来 ,就表明这台主机存在这个端口;
但是由于这种扫描方式只是进行TCP三次握手的第一次握手,因此这种扫描的成功表示被扫描的机器不很安全,一台安全的主机将会强制要求一个连接严格的进行TCP的三次握手; FIN: 表示发送端已经达到数据末尾,也就是说双方的数据传送完成,没有数据可以传送了,发送FIN标志位的TCP数据包后,连接将被断开。这个标志的数据包也经常被用于进行端口扫描。
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三:TCP的连接

TCP的传输主要分为连接,传输数据,断开连接

三次握手连接:主要根据TCP头部中的Seq,Ack来进行判断

查看WireShark抓包记录:

查看网络说明:

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第一次握手:建立连接。客户端发送连接请求报文段,将SYN位置为1,Sequence Number为x;然后,客户端进入SYN_SEND状态,等待服务器的确认;
第二次握手:服务器收到SYN报文段。服务器收到客户端的SYN报文段,需要对这个SYN报文段进行确认,设置Acknowledgment Number为x+1(Sequence Number+1);
同时,自己自己还要发送SYN请求信息,将SYN位置为1,Sequence Number为y;服务器端将上述所有信息放到一个报文段(即SYN+ACK报文段)中,一并发送给客户端,此时服务器进入SYN_RECV状态; 第三次握手:客户端收到服务器的SYN+ACK报文段。然后将Acknowledgment Number设置为y+1,向服务器发送ACK报文段,这个报文段发送完毕以后,客户端和服务器端都进入ESTABLISHED状态,完成TCP三次握手。 完成了三次握手,客户端和服务器端就可以开始传送数据。以上就是TCP三次握手的总体介绍。
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为什么要三次握手?
为了防止已失效的连接请求报文段突然又传送到了服务端,因而产生错误。

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具体例子:“已失效的连接请求报文段”的产生在这样一种情况下:client发出的第一个连接请求报文段并没有丢失,而是在某个网络结点长时间的滞留了,以致延误到连接释放以后的某个时间才到达server。
本来这是一个早已失效的报文段。但server收到此失效的连接请求报文段后,就误认为是client再次发出的一个新的连接请求。于是就向client发出确认报文段,同意建立连接。
假设不采用“三次握手”,那么只要server发出确认,新的连接就建立了。由于现在client并没有发出建立连接的请求,因此不会理睬server的确认,也不会向server发送数据。但server却以为新的运输连接已经建立,并一直等待client发来数据。
这样,server的很多资源就白白浪费掉了。采用“三次握手”的办法可以防止上述现象发生。例如刚才那种情况,client不会向server的确认发出确认。server由于收不到确认,就知道client并没有要求建立连接。”
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 完整流程图片:

 数据传输完毕,断开TCP连接,即四次挥手

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第一次挥手:主机1(可以是客户端,也可以是服务器端),设置Sequence Number和Acknowledgment Number,向主机2发送一个FIN报文段;此时,主机1进入FIN_WAIT_1状态;这表示主机1没有数据要发送给主机2了;
第二次挥手:主机2收到了主机1发送的FIN报文段,向主机1回一个ACK报文段,Acknowledgment Number为Sequence Number加1;主机1进入FIN_WAIT_2状态;主机2告诉主机1,我“同意”你的关闭请求;
第三次挥手:主机2向主机1发送FIN报文段,请求关闭连接,同时主机2进入LAST_ACK状态;
第四次挥手:主机1收到主机2发送的FIN报文段,向主机2发送ACK报文段,然后主机1进入TIME_WAIT状态;主机2收到主机1的ACK报文段以后,就关闭连接;此时,主机1等待2MSL后依然没有收到回复,则证明Server端已正常关闭,那好,主机1也可以关闭连接了。
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为什么要四次分手?

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TCP协议是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的运输层通信协议。

TCP是全双工模式,这就意味着,当主机1发出FIN报文段时,只是表示主机1已经没有数据要发送了,主机1告诉主机2,它的数据已经全部发送完毕了;

但是,这个时候主机1还是可以接受来自主机2的数据;当主机2返回ACK报文段时,表示它已经知道主机1没有数据发送了,但是主机2还是可以发送数据到主机1的;

当主机2也发送了FIN报文段时,这个时候就表示主机2也没有数据要发送了,就会告诉主机1,我也没有数据要发送了,之后彼此就会愉快的中断这次TCP连接。
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 查看最后四条tcp记录:

再看一张完整流程的图:

TCP流量控制:

如果发送方把数据发送得过快,接收方可能会来不及接收,这就会造成数据的丢失。所谓流量控制就是让发送方的发送速率不要太快,要让接收方来得及接收。

利用滑动窗口机制可以很方便地在TCP连接上实现对发送方的流量控制。

设A向B发送数据。在连接建立时,B告诉了A:“我的接收窗口是 rwnd = 400 ”(这里的 rwnd 表示 receiver window) 。因此,发送方的发送窗口不能超过接收方给出的接收窗口的数值。

请注意,TCP的窗口单位是字节,不是报文段。假设每一个报文段为100字节长,而数据报文段序号的初始值设为1。大写ACK表示首部中的确认位ACK,小写ack表示确认字段的值ack。

从图中可以看出,B进行了三次流量控制。第一次把窗口减少到 rwnd = 300 ,第二次又减到了 rwnd = 100 ,最后减到 rwnd = 0 ,即不允许发送方再发送数据了。

这种使发送方暂停发送的状态将持续到主机B重新发出一个新的窗口值为止。B向A发送的三个报文段都设置了 ACK = 1 ,只有在ACK=1时确认号字段才有意义。

TCP为每一个连接设有一个持续计时器(persistence timer)。只要TCP连接的一方收到对方的零窗口通知,就启动持续计时器。若持续计时器设置的时间到期,就发送一个零窗口控测报文段(携1字节的数据),那么收到这个报文段的一方就重新设置持续计时器。

https://github.com/jawil/blog/issues/14

http://www.cnblogs.com/TankXiao/archive/2012/10/10/2711777.html

https://hit-alibaba.github.io/interview/basic/network/TCP.html

https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzIxMjE5MTE1Nw==&mid=2653193018&idx=1&sn=2b445ce9637c46a422488ee53ca701d2&chksm=8c99f1e0bbee78f6fbca4974cd357bf933985d20494dc98f7147ce5017f6396b7feefc55002e&scene=0#rd

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转载自www.cnblogs.com/zhangjianbin/p/9962549.html
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