TCP协议详解
初识TCP协议
本文参考了TCP的三次握手与四次挥手理解及面试题
1.TCP协议
TCP协议全称为（传输控制协议），是对数据的传输进行一个详细的控制。TCP协议段格式：
- 源/目的端口号: 表示数据是从哪个进程来, 到哪个进程去，端与端之间
- 32位序号/32位确认号: 保证数据有序交付;
- 4位TCP报头长度: 表示该TCP头部有多少个32位bit(有多少个4字节); 所以TCP头部最大长度是15 * 4 = 60
- 6位标志位:
URG: 紧急指针是否有效 ACK: 确认号是否有效
PSH: 提示接收端应用程序立刻从TCP缓冲区把数据读走
RST: 对方要求重新建立连接; 我们把携带RST标识的称为复位报文段
SYN: 请求建立连接; 我们把携带SYN标识的称为同步报文段
FIN:通知对方, 本端要关闭了, 我们称携带FIN标识的为结束报文段
- 16位窗口大小: 接收方的接收缓冲区剩余大小，流量控制
- 16位校验和: 发送端填充, CRC校验. 接收端校验不通过, 则认为数据有问题. 此处的检验和不光包含TCP首部,也包含TCP数据部分.
- 16位紧急指针: 标识哪部分数据是紧急数据
- 40字节头部选项：可有可无
2.TCP协议的特点
有连接：TCP三次握手建立连接
很可靠：连接管理，确认应答，超时重传，序号/确认序号,检验和，滑动窗口机制（流量控制，拥塞控制，快速重传），延迟应答，捎带应答都是为了保证可靠传输
面向字节流：TCP把数据看成一连串无结构的字节流
3.连接管理机制
在正常管理机制下，TCP要经过三次握手建立连接，四次挥手断开连接。
在建立连接前客户端，服务器会创建套接字，为套接字绑定地址信息，客户端向服务器发送连接请求，服务器正处于监听状态，在这个数据传送的时候一般客户端只有一个socket，服务器有两个，一个负责等待，一个进行数据处理。
3.1三次握手理解
第一次握手：建立连接时，客户端发送syn包（syn=j）到服务器，并进入SYN_SENT状态，等待服务器确认；SYN：同步序列编号（Synchronize Sequence Numbers）。
第二次握手：服务器收到syn包，必须确认客户的SYN（ack=j+1），同时自己也发送一个SYN包（syn=k），即SYN+ACK包（减少TCP报头的发送），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包，向服务器发送确认包ACK(ack=k+1），此包发送完毕，客户端和服务器进入ESTABLISHED（TCP连接成功）状态，完成三次握手。
3.2四次挥手理解
- 客户端进程发出连接释放报文，并且停止发送数据。释放数据报文首部，FIN=1，其***为seq=u（等于前面已经传送过来的数据的最后一个字节的序号加1），此时，客户端进入FIN-WAIT-1（终止等待1）状态。 TCP规定，FIN报文段即使不携带数据，也要消耗一个序号。
- 服务器收到连接释放报文，发出确认报文，ACK=1，ack=u+1，并且带上自己的***seq=v，此时，服务端就进入了CLOSE-WAIT（关闭等待）状态。TCP服务器通知高层的应用进程，客户端向服务器的方向就释放了，这时候处于半关闭状态，即客户端已经没有数据要发送了，但是服务器若发送数据，客户端依然要接受。这个状态还要持续一段时间，也就是整个CLOSE-WAIT状态持续的时间。
- 客户端收到服务器的确认请求后，此时，客户端就进入FIN-WAIT-2（终止等待2）状态，等待服务器发送连接释放报文（在这之前还需要接受服务器发送的最后的数据）。
- 服务器将最后的数据发送完毕后，就向客户端发送连接释放报文，FIN=1，ack=u+1，由于在半关闭状态，服务器很可能又发送了一些数据，假定此时的***为seq=w，此时，服务器就进入了LAST-ACK（最后确认）状态，等待客户端的确认。
- 客户端收到服务器的连接释放报文后，必须发出确认，ACK=1，ack=w+1，而自己的***是seq=u+1，此时，客户端就进入了TIME-WAIT（时间等待）状态。注意此时TCP连接还没有释放，必须经过2∗∗MSL（最长报文段寿命）的时间后，当客户端撤销相应的TCB后，才进入CLOSED状态。
- 服务器只要收到了客户端发出的确认，立即进入CLOSED状态。同样，撤销TCB后，就结束了这次的TCP连接。可以看到，服务器结束TCP连接的时间要比客户端早一些。