TCP 协议

TCP 协议 #

1. TCP 提供一种面向连接的、可靠的字节流服务。

2. 在一个 TCP 连接中，仅有两方进行彼此通信。广播和多播不能用于 TCP。

3. TCP 使用校验和，确认和重传机制来保证可靠传输。

4. TCP 给数据分节进行排序，并使用累积确认保证数据的顺序不变和非重复。

5. TCP 使用滑动窗口机制来实现流量控制，通过动态改变窗口的大小进行拥塞控制。

注意 #

TCP 并不能保证数据一定会被对方接收到，因为这是不可能的。

TCP 能够做到的是，如果有可能，就把数据递送到接收方，否则就（通过放弃重传并且中断连接这一手段）通知用户。因此准确说 TCP 也不是 100% 可靠的协议，它所能提供的是数据的可靠递送或故障的可靠通知。

三次握手 (Three-way Handshake) #

所谓三次握手 (Three-way Handshake)，是指建立一个 TCP 连接时，需要客户端和服务器总共发送 3 个包。

三次握手的目的是连接服务器指定端口，建立 TCP 连接，并同步连接双方的序列号和确认号，交换 TCP 窗口大小信息。

1. 第一次握手 (SYN=1, seq=x):

客户端发送一个 TCP 的 SYN 标志位置 1 的包，指明客户端打算连接的服务器的端口，以及初始序号 X, 保存在包头的序列号 (Sequence Number) 字段里。 发送完毕后，客户端进入 SYN_SEND 状态。

2. 第二次握手 (SYN=1, ACK=1, seq=y, ACKnum=x+1):

服务器发回确认包 (ACK) 应答。即 SYN 标志位和 ACK 标志位均为 1。服务器端选择自己 ISN 序列号，放到 Seq 域里，同时将确认序号 (Acknowledgement Number) 设置为客户的 ISN 加 1，即 X+1。 发送完毕后，服务器端进入 SYN_RCVD 状态。

3. 第三次握手 (ACK=1，ACKnum=y+1):

客户端再次发送确认包 (ACK)，SYN 标志位为 0，ACK 标志位为 1，并且把服务器发来 ACK 的序号字段 + 1，放在确定字段中发送给对方，并且在数据段放写 ISN 的 + 1。

发送完毕后，客户端进入 ESTABLISHED 状态，当服务器端接收到这个包时，也进入 ESTABLISHED 状态，TCP 握手结束。

四次挥手 (Four-way handshake) #

客户端或服务器均可主动发起挥手动作，在 socket 编程中，任何一方执行 close () 操作即可产生挥手操作。

1. 第一次挥手 (FIN=1，seq=x):

假设客户端想要关闭连接，客户端发送一个 FIN 标志位置为 1 的包，表示自己已经没有数据可以发送了，但是仍然可以接受数据。

发送完毕后，客户端进入 FIN_WAIT_1 状态。

2. 第二次挥手 (ACK=1，ACKnum=x+1):

服务器端确认客户端的 FIN 包，发送一个确认包，表明自己接受到了客户端关闭连接的请求，但还没有准备好关闭连接。

发送完毕后，服务器端进入 CLOSE_WAIT 状态，客户端接收到这个确认包之后，进入 FIN_WAIT_2 状态，等待服务器端关闭连接。

3. 第三次挥手 (FIN=1，seq=y):

服务器端准备好关闭连接时，向客户端发送结束连接请求，FIN 置为 1。

发送完毕后，服务器端进入 LAST_ACK 状态，等待来自客户端的最后一个 ACK。

4. 第四次挥手 (ACK=1，ACKnum=y+1):

客户端接收到来自服务器端的关闭请求，发送一个确认包，并进入 TIME_WAIT 状态，等待可能出现的要求重传的 ACK 包。

服务器端接收到这个确认包之后，关闭连接，进入 CLOSED 状态。

客户端等待了某个固定时间（两个最大段生命周期，2MSL，2 Maximum Segment Lifetime）之后，没有收到服务器端的 ACK ，认为服务器端已经正常关闭连接，于是自己也关闭连接，进入 CLOSED 状态。

TCP KeepAlive #

TCP 的连接，实际上是一种纯软件层面的概念，在物理层面并没有 “连接” 这种概念。TCP 通信双方建立交互的连接，但是并不是一直存在数据交互，有些连接会在数据交互完毕后，主动释放连接，而有些不会。

TCP KeepAlive 的基本原理是，隔一段时间给连接对端发送一个探测包，如果收到对方回应的 ACK，则认为连接还是存活的，在超过一定重试次数之后还是没有收到对方的回应，则丢弃该 TCP 连接。