TCP/IP傳輸層協(xié)議

作者：時間：2016-11-30 來源：網(wǎng)絡(luò)

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傳輸控制協(xié)議TCP是在RFC793中定義的，它是一個面向連接的可靠的通信協(xié)議?？偟膩碚f，TCP主要提

供主要提供一下服務(wù)。

面向連接的虛電路：這有些和打電話相似，在開始傳輸之前，通信雙方要進行三次握手來建立連接，以保

證連接的可靠性。在傳輸過程中，通信雙方的協(xié)議模塊繼續(xù)進行通信，以確保正確到達(例如，接收會用

ACK應(yīng)答發(fā)送方的報文段，發(fā)送方對未被應(yīng)答的報文段提供重傳)。如果在傳輸過程中通信失敗了(例如傳

輸路徑上的某個網(wǎng)絡(luò)接口失效)，通信雙方都會收到錯誤報告。在通信結(jié)束時，通信雙方會使用改進的三次

握手來關(guān)閉連接。

面向流：當(dāng)通信雙方傳輸大量數(shù)據(jù)時，TCP將數(shù)據(jù)流看作可分為字節(jié)的流，進行分段(分組)，接收方將收到

的報文段按原有順序復(fù)原。

流量控制，避免擁塞；為了提高傳輸效率和減少網(wǎng)絡(luò)通信量(協(xié)議之間的通信)，TCP會盡量一次傳輸足夠多

的數(shù)據(jù)。

多路分解技術(shù)(多路復(fù)用技術(shù))：用端口號來實現(xiàn)。

全雙工連接：TCP提供全雙工連接，可以在一條連接上同時傳輸兩個獨立的、流向相反的數(shù)據(jù)流。

TCP頭格式

TCP頭共占用了20個字節(jié)

名稱	描述
源端口	調(diào)用的端口號
目的端口	被調(diào)用的端口號
序號	確保數(shù)據(jù)到達的序列正確的編號
應(yīng)答號	期望下一個TCP數(shù)據(jù)段
數(shù)據(jù)偏移(頭長度)	以32位為單位的報頭長度
保留	置為0
編碼號	開始、終止會話之類的控制功能
窗口	用來控制流量
校驗和	頭標(biāo)和數(shù)據(jù)域計算的校驗和
緊急	指示緊急數(shù)據(jù)的末端
可選項	當(dāng)前定義項：TCP端的最大值
數(shù)據(jù)	上層協(xié)議的數(shù)據(jù)

建立TCP連接：三次握手

TCP是面向連接的，在面向連接的環(huán)境中，開始傳輸數(shù)據(jù)之前，在兩個終端之間必須先建立一個連接。建立
連接的過程可以卻確保通信雙方在發(fā)送應(yīng)用數(shù)據(jù)包之前靜靜準(zhǔn)備好了傳送和接收數(shù)據(jù)。對于一個要建立的連

接，通信雙方必須用彼此的初始化序列號seq和來自對方成功傳輸確認(rèn)的應(yīng)答號ack來同步。(ack號致命希望收

到的下一個八位組的編號)習(xí)慣上將同步信號寫為SYN，應(yīng)答信號為ACK。整個同步的過程稱為三次握手。

1)主機A發(fā)送SYN給主機B：我的序列號seq是X。

2)主機B發(fā)送SYN、ACK給主機A：我的序列號seq是X+1，應(yīng)答號是X+1(等待接收第X+1號八位組)。

3)主機B發(fā)送SYN、ACK給主機B：我的序列號seq是X+1，應(yīng)答號是Y+1.

通過以上3個步驟(三次握手)，TCP連接連接建立，開始傳輸數(shù)據(jù)。任何機器上的TCP都能被動地

等待握手或主動地發(fā)起握手。一旦連接建立，數(shù)據(jù)可以對等地雙向流動。

如果TCP使用1作為每次建立連接的初始化序列號，當(dāng)本地系統(tǒng)重啟后，遠(yuǎn)程系統(tǒng)會認(rèn)為以前的連接依然存

在。所以每次連接時，主機都會隨機選擇一個初始化序列號，用它來辨別所傳輸?shù)陌宋唤M在數(shù)據(jù)流中的位

置。然后雙方要對各自的序列號進行協(xié)商，因為接收收到第一個SYN時，他并不知道這是否一個被延遲的

舊信號。所以它必須要求發(fā)送驗證這個SYN。

一般情況下，TCP使用最少信息的報文段來實現(xiàn)三次握手，這對減少網(wǎng)絡(luò)通信流量是有效的。總之，三次握

手使通信雙方做好了傳輸數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備，并且使通信通信雙方統(tǒng)一了初始化序列號。

關(guān)閉TCP連接：改進的三次握手

對于一個已經(jīng)建立的連接，TCP使用改進的三次握手來結(jié)束通話(使用一個帶有FIN附加標(biāo)記的報文段)。

1)當(dāng)主機A的應(yīng)用程序通知TCP數(shù)據(jù)已經(jīng)完畢時，TCP向主機B發(fā)送一個帶有FIN附加標(biāo)記的報文段(FIN理解為

finish)。

2)主機B收到這個FIN報文段之后，并不立即用FIN報文段回復(fù)主機A，而是向主機A發(fā)送一個確認(rèn)ACK，同時

同時通知自己相應(yīng)的應(yīng)用程序：對方要求關(guān)閉連接(先發(fā)送ACK為了防止在這段時間內(nèi)，對方重傳FIN報文段)。

3)主機B的應(yīng)用程序告訴TCP：我要徹底的關(guān)閉的關(guān)閉連接，TCP向主機A送第二個FIN報文段。

4)主機A收到第二個FIN報文段后，向主機B發(fā)送一個ACK表示連接徹底關(guān)閉。

TCP的可靠性

TCP是面向流的，即數(shù)據(jù)段被當(dāng)作字節(jié)的序列化進行傳輸。

在通過三次握手建立連接時，序列號被初始化。在傳輸過程中，TCP繼續(xù)使用這個序列號來標(biāo)記每一個發(fā)送的數(shù)據(jù)段

沒發(fā)送一個數(shù)據(jù)段，序列號加1.接收站點一句序列號重新組裝縮所收到數(shù)據(jù)段。為什么要依靠序列號來重組數(shù)據(jù)段呢？

例如，在一個告訴高速鏈路與低速鏈路并存的網(wǎng)絡(luò)上，可能會出現(xiàn)高速鏈路比低速鏈路上的數(shù)據(jù)段提前到達的情況，

此時就必須依靠序列號來重組數(shù)據(jù)段，這就是序列號的作用之一。

在傳輸過程中，確認(rèn)號ACK的作用是告訴發(fā)送端那些數(shù)據(jù)包已經(jīng)成功接收，并且確認(rèn)號會向發(fā)送端指出了接收端希望

收到的下一個數(shù)據(jù)段的序列號，這種機制稱為預(yù)期確認(rèn)，即確認(rèn)號等于下一個預(yù)期的位元組。

在TCP/IP網(wǎng)絡(luò)中，存在超時與重傳兩種現(xiàn)象。如果在傳輸過程中丟失了某個序列號的數(shù)據(jù)段，導(dǎo)致發(fā)送端在給定時間

間隔內(nèi)得不到那個數(shù)據(jù)段的應(yīng)答，那么那個丟失數(shù)據(jù)段就會被要求重發(fā)。數(shù)據(jù)段會被保存在發(fā)送端的緩沖區(qū)中，直

到發(fā)送端接收到應(yīng)答號，它才會釋放這個緩沖區(qū)。這種機制被稱為肯定確認(rèn)與重新傳輸(Positive Acknowledgement and

Retransimission，PAR)，他是虛脫通信協(xié)議用來確保可信度的一種技術(shù)。

序列號的第二個作用就是消除網(wǎng)絡(luò)中的重復(fù)包(同步復(fù)制)。例如在網(wǎng)絡(luò)擁塞時，發(fā)送端遲遲沒有收到接收端某個數(shù)據(jù)段

的ACK包，它可能會認(rèn)為這個序列號的數(shù)據(jù)段丟失了，于是它會重新發(fā)送，這種情況可能會導(dǎo)致接收端在網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)正

常后收到兩個同樣序列號的數(shù)據(jù)段，此時接收端會自動丟棄第二個一樣數(shù)據(jù)段。

序列號和應(yīng)答號為TCP提供了一種糾錯機制，提高了TCP的可靠性。

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