tcp详解

TCP使用固定的连接

TCP用于应用程序之间的通信
IP负责计算之间的通信
TCP负责把数据分割并装入IP包，然后他们到达的时候重新组合他们。
IP负责将包发送至接收者。

TCP报文格式

URG：紧急标志。紧急标志位“1”标明该位有效。
ACK:确认标志。标明确认编号栏有效。大多数情况下默认该标志位是置位的。TCP报头内的确认编号栏内包含的确认编号（w+1）为下一个预期的序列编号，同时提示远端系统已经成功接收所有数据。
PSH：推标志。该标志置位时，接收端不该将数据进行队列处理，而是尽可能块的将数据转由应用处理。
RST：复位标志。用于复位相应的TCP连接。
SYN：同步标志。表明同步序列编号栏有效。该标志仅在三次握手建立TCP连接时有效。它提示TCP连接的服务端检查序列编号，该序列编号为TCP连接初始端（一般是客户端）的初始序列编号。
FIN：结束标志。

三次握手

第一次握手：Client将标志位置为1，随机产生一个seq=J，并将改数据包发送给Server，Client进入SYN_SENT状态，等待Server确认。

第二次握手：Server收到数据包后将标志位SYN=1知道Client请求建立连接，Server将标志位SYN和ACK都置为1，ack=J+1，随机产生一个seq=K，并将数据包发送给Client以确认连接请求，Server进入SYN_RCVD状态。

第三次握手：Client收到确认后，检查ack是否为J+1，ACK是否为1，如果正确将标志位ACK置为1，ack=K+1，并将数据包发送给Server，Server检查ack是否为K+1,ACK是否为1，如果正确则连接建立成功，Client和Server进入ESTABLISHED状态，完成三次握手，随后Client和Server之间可以进行传输数据。

SYN攻击

四次挥手

第一次挥手：Client发送一个FIN，用来关闭Client到Server的数据传送，Client进入FIN_WAIT_1状态

第二次挥手：Server收到FIN后，发送一个ACK到Client，确认序号为收到序号+1（与SYN相同，一个FIN占用一个序号），Server进入CLOSE_WAIT状态

第三次挥手：Server发送一个FIN，用来关闭Server到Client的数据传送，Server进入LAST_ACK状态。

第四次挥手：Client收到FIN后，Client进入TIME_WAIT状态，接着发送一个ACK给Server，确认序号为收到序号+1，Server进入CLOSED状态，完成四次挥手。

对于交互性要求较高的应用

捎带ACK的发送方式

当主机收到远程主机的TCP数据报之后，通常不马上发送ACK数据报，而是等上一个短暂的时间，如果这段时间里主机还有发送到远程主机的TCP数据报，那么马上把这个ACK数据报“捎带”着发送出来，把本来两个TCP数据报整合成一个发送。一般的，这个时间是200ms。

Nagle算法

当主机A给主机B发送了一个TCP数据报并进入等待主机B的ACK数据报的状态时，TCP的输出缓冲区里面只能有一个TCP数据报，并且，这个数据报不断收集后来的数据，整合成一个大的数据报，等到B主机的ACK包一到，就把这些数据全部发送出去，

滑动窗口

滑动窗口本质上是描述接受方的TCP数据报缓冲区大小的数据，发送方根据这个数据来计算自己最多能够发送多长的数据。如果发送方收到接收方的窗口大小为0的TCO数据报，那么发送方将停止发送数据，等到接收方发送窗口大小不为0的数据报的到来。
TCP就是利用这个窗口，慢慢的从数据的左边移动到右边，把处于窗口范围内的数据发送出去（只有窗口内的数据可以发送）。

作用：

1. 提供TCP的可靠性
2. 提供TCP的流控特性

基本原理：

1. 对于tcp会话的发送方，任何时候在其发送缓存区的数据都可以分为4类，“已经发送并得到对端ACK的”，“已经发送但还未到收到对端ack的”，“未发送但对端允许发送的”，“未发送且对端不允许发送”。“已经发送但还未收到对端ACK的”和“未发送但对端允许发送的”这两部分数据称之为发送窗口。
   当收到接收方新的ACK对于发送窗口后续字节的确认时，窗口滑动。
2. 对于TCP的接收方，在某一时刻在他的接受缓存内存在三种。“已接收”，“未接收准备接受”，“未接收并为准备接受”（由于ACK直接向TCP协议栈回复，默认无应用延迟，不存在“已接收回复ACK”）。其中，“未接收准备接收”称之为接收窗口。

发送窗口与接收窗口关系

TCP是双工的协议，会话的双方都可以同时接收、发送数据。TCP会话的双方都各自维护一个“发送窗口”和一个“接收窗口”。其中各自的“接收窗口”大小取决于应用、系统、硬件的限制。各自的发送窗口则取决于对端的“接受窗口”。

滑动窗口实现面向流的可靠性

最基本的传输可靠性来源于“确认重传”机制。
TCP的滑动窗口的可靠性也是建立在“确认重传”基础上的。
发送窗口只有收到对端对于本段发送窗口的ACK确认时，才会移动到发送窗口的左边界。
接受窗口只有在前面所有的段都确认的情况下才会移动左边界，挡在前面还有字节未接收但收到后面字节的情况下，窗口不会移动，并不对后续字节确认。以此确保对端会对这些数据重传。

滑动窗口的流控特性

TCP的滑动窗口是动态的，应用根据自身的处理能力变化，通过本端TCP接收窗口大小控制来对对端的发送窗口流量控制。
应用程序在需要（如内存不足）时，通过API通知TCP协议栈缩小TCP的接收窗口。然后TCP协议栈在下个段发送时包含新的窗口大小通知给对端，对端通知的窗口来改变发送窗口，以此来到达缓减发送速率的目的。

窗口的简单定义

1. 窗口左边向右边靠近为窗口合拢。这种现象发生在数据发送和确认时。
2. 当窗口右边沿向右移动时将允许发送更多的数据，称之为窗口张开。这种现象发生在另一端的接受进程读取已经确认的数据并释放了TCP的接受缓存时。发生在接收端处理了数据之后。
3. 当右边窗口左移时，称之为窗口收缩。不常发生。

发送方打开几号窗口表示发送方已经发送了该序列的帧，但是如果没有得到接收方ACK确认的话，此时该序列的帧仍然在发送窗口中。接收方打开几号窗口代表接收端收到几号的帧，但是并没有返回ack确认。当接收方返回该序号的ack时，该序号关闭（合拢），接收方收到ack时，该序号窗口关闭。

数据拥塞

TCP发送方首先传送一个数据报，然后等待对方的回应，得到回应后就把这个窗口的大小加倍，然后连续发送两个数据报，等到对方的回应后。再把这个窗口加倍（显示2的质数倍，到一定程度后就变成现行增长，就是所谓的慢启动），发送更多的数据报，回到出现超时错误，这样，发送端就到了了解通信双方的线路承载能力，也就是确定了拥塞窗口的大小，发送方就用这个拥塞窗口的大小发送数据。

tcp与udp的区别

1. TCP面向连接，udp是无连接的，即发送数据之前是不需要建立连接的
2. TCP提供可靠地服务，也就是说，通过TCP连接传送的数据无差错，不丢失，不重复，且按序到达，UDP尽最大努力交付。
3. TCP面向字节流，实际是TCP把数据看成一连串无结构的字节流，UDP是面向报文的，UDP没有拥塞控制
4. TCP连接是点对点的，UDP支持一对一，一对多，多对一，多对多的交互通信。
5. TCP首部开销20字节，UDP8个字节。
6. TCP的逻辑信道是全双工的可靠信道，UDP是不可靠信道。
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