TCP协议详解

TCP协议
1.头部。出现在每个TCP报文段，用于指定通信的源端端口号，目的端端口号，管理TCP连接，控制两个方向的数据流。
2.TCP状态转移过程。TCP连接的任意一端都是一个状态机。TCP的建立断开状态改变。
3.TCP数据流。交互数据流和成块数据流
4.TCP数据流的控制。保证可靠和质量->超时重传和拥塞控制

TCP服务的特点 （面向连接、字节流、可靠传输）
1.传输层主要的两个协议 、 UDP协议 和 TCP协议
2.TCP协议通信，双方必须建立连接，才开始数据读写。双方要为该链接分配必要的内核资源，用来管理连接的状态和连接上数据的传输。TCP连接是全双工的（双方数据读写可以通过一个连接），完成后，断开连接，释放系统资源。
3.TCP是一对一连接的，广播多播不能使用TCP服务。 UDP适合哦
4.TCP模块发送的TCP报文段个数和应用程序执行写操作没有数量关系》》》》可能发送的数据分片处理啊～～～
5.应用程序读的次数和TCP报文段个数也没关系。读的大小，取决于读缓冲区的大小，TCP按照报文段的序号排好依次放入TCP接受缓冲区中哒。
6.根据第四条和第五条，得出字节流概念》》》》应用程序对数据的发送和接受是没有边界限制的～。UDP发送一次就要读一次，否则要丢包的，没有足够大小的读缓冲区，那UDP数据会被截断//
7.TCP采用发送应答机制，即发送端发送的每个TCP报文段必须得到接收方的应答，才认为TCP报文段传输成功。
8.TCP采用超时重传机制，发送一个TCP报文段后启动定时器，在定时器时间内未收到应答，则再次发送。
9.TCP报文段最终是以IP数据报发送的，而IP数据报到接收端很大可能是无序的重复的，TCP协议将对TCP报文重排，整理，再交给应用层。

1.16位端口号（port number） 源端口号和目的端口号
2.32位序号（sequence number） 第一个、序号值被初始化为某个随机值ISN（initial sequence number） TCP报文是字节流第1025~2048字节，序号值是ISN+1025
3.32位确认号（acknowledgement number） 用作另一方TCP报文段相应。其值是收到TCP报文段序号值加1
4.4位头部长度（header length）标识TCP头部有多少个32bit字，最大为15，所以TCP头部最长60字节。
5.6位标志位
URG标志，表示紧急指针（urgent poinnter）是否有效
ACK标志，表示确认号是否有效
PSH标志，提示接收端应用程序应该立即从TCP接收缓冲区中读走数据，腾冲空间
RST标志，表示要求对方重新建立连接。 带此标志的报文段称为复位报文段
SYN标志，表示请求建立一个连接。带此标志的报文段称为同步报文段
FIN标志，表示通知对方本端要关闭连接了。带此标志的报文段称为结束报文段
6.16位窗口大小（window size） 流量控制 告诉对方还能容纳多少个字节数据
7.16位校验和（TCP checksum）CRC校验头部和数据部分
8.16位紧急指针（urgent pointer） 正偏移量。他和序号字段的值相加表示最后一个紧急数据的下一字节的序号.发送紧急数据的方法。

TCP头部选项
TCP头部最后一个选项字段是可边长的可选信息。 最多包含40字节，因为TCP头部最大60字节，前面已经占20字节

kind说明选项的类型。
kind=0 选项表结束选项
kind=1 空操作（nop）选项，一般用于将TCP选项的总长度填充为4字节整数倍
kind=2 最大报文短长度选项 MSS（最大报文长度）对以太网而言是1460字节（1500-20TCP头部-20IP头部）
kind=3 窗口扩大因子选项，如果窗口扩大因子（移位数）为M，接受窗口大小为N，那么N向左移3位（转为2进制），相当于N×2的M次方
kind=4 选择性确认（selective acknowledgment，SACK） 改善发送情况，原本出现差错要发很多个TCP报文，接受到的也要发，使用这个，可以去除重复
kind=5 SCAK实际工作的选项，告诉对方那些没收到，让对方重新发
kind=8 时间戳选项。计算双方之间的回路时间（Round Trip Time，RTT），/proc/sys/net/ipv4/tcp_timestamps —看了下里头就保存了个1. （这个是启用或关闭时间戳）

前20个字节是IP报的头部，第21个字节开始是TCP头部信息《第2行第3个》
0xb075是源端口号 —– 0x0017是目的端口
0xd058 670c 是序号 —– 0x0000 0000是确认号
0xa 是TCP头部长度为10个32位（40字节） —–0x002 设置SYN标志（同步报文段）
0xaaaa 接受窗口大小（字节） —– 0xfe30 头部校验和（校验头部还有据部分！！！）
0x0000 没设置紧急指针 —- 0x0204 kind 和length（各1字节 8位）
0xffd7 最大报文长度 —- 0x0402 允许SACK（改善～～～）
0x080a 时间戳kind和length —-0x0001 6f0c时间戳
0x0000 0000 回显应答时间戳 —– 0x01空操作
0x0303窗口扩大因子kind和length 0x07 窗口扩大因子为7（左移7位～）
FLAG[S] 表示是SYN标志（同步报文段）
seq是序号值3495454476 因为它是第一个报文段所以也是此次传输的ISN值（随机值）。其他都要加上字节流的值。
win 接受通过窗口大小 mss（max segment size最大报文长度）为65495
sackok同意改善～～SACK～ TS val 发送端的时间戳 93964
ecr时间戳回显应答（因为这是第一次TCP通信的第一个TCP报文段，所以对方时间戳应答为0） nop空操作
wscal 窗口扩大因子7
length为0意思就是数据部分为0 因为应用层数据没发生交换
《IP TCP关于偏移字节的问题》
1.在IP数据报报头中，标识、标志和片偏移3个字段与控制分片和重组有关。其中，片偏移字段指出本片数据在出事IP数据报数据区中的位置，位置偏移量以8个字节为单位
2.强调内容在TCP数据报中，没有偏移字节不过有序号
1. IP
如果有一个3800字节的数据，每个分片最大为1420B；由于头部占20字节,所以数据部分分成了1400 1400 和 1000字节
那么第一个分片中偏移字段为0 第二个分片字段为（1400）/8 =175
第三个分片为 （1400+1400）/8 = 350
就这样
2.TCP
某个TCP报文段传送的字节流中第1025~2048字节，那么该报文段序号值为ISN+1025 .. 偏移为字节～～～
这样做才有序，数据正确嘛~

TCP/IP连接的建立与关闭

第一个TCP报文是同步的（SYN），ernest-laptop向kongming20发送连接请求，ISN为535734930
第二个也是同步报文段，表示kongming20同一和ernest-laptop建立连接，对第一个同步报文进行确认，ISN为2159701207 注意拉～～ack确认值是第一个同步报文段序号值加1
序号值是标识TCP数据流中的每一字节，同步报文段特殊，要占用一个序号值
第三个TCP报文段是ernest-laptop对第二个同步报文段的确认
就这样TCP连接建立好啦， 这三步为 TCP的三次握手

后面4各是TCP报文段的关闭过程。TCP的四次挥手
FIN标志表示通知kongming20本端要关闭了。也就是ernest-laptop要关闭连接，结束报文段和同步报文段一样都要占1个序号值
第5个，确认该结束报文段
第6个，紧接着kongming20发送结束报文短
第6个ernest-lattop给予确认
第5个报文段的出现取决于TCP的延迟确认特性
ernest-lattop执行主动关闭 kongming20执行被动关闭

半关闭状态
通信一端可以发送FIN给对方，告诉对方本端完成数据的发送，但允许接受对方的数据，直到对方发给自己FIN。

服务器和客户端应用程序判断对方是否已经关闭连接的方法：
read系统调用返回0（收到结束报文段后 read就返回0 这样就可以判断拉）
socket通过shutdown函数提供半关闭的支持。

连接超时
如果客户端访问一个距离它很远的服务器，或由于网络繁忙，导致服务器对客户端发出的同步报文段没有应答，对于TCP来说，必然要进行重连。
时间间隔1s，2s，4s，8s ，16s.

由proc/sys/net/ipv4/tcp_syn_retries决定，重连进行5次

服务器通过listen进入LISTEN状态，等待客户端连接（被动打开），收到请求，将链接放入内核等待队列中，向客户端发SYN标志的确认报文(ACK)，此时状态（SYN_RCVD）,收到客户端的ACK则状态到ESTABLISHED已建立连接状态。（双方能进行双向数据传输）
客户端主动关闭，服务器收到FIN并发送ACK，进入CLOSE_WAIT状态（等待服务器应用程序关闭连接），通常，服务器检测到客户端关闭连接后，给客户端发送结束报文关闭连接,进入 LAST_ACK,以等待客户端对结束报文段的最后一次确认。确认完成，彻底关闭了。

客户端通过connect系统调用主动与服务器建立连接，给服务器发送同步报文，进入SYN_SENT状态，（失败返回情况:1.目标端口不存在，或端口被TIME_WAIT状态占用，server给client发送一个复位报文段2.connect在超时时间内未收到服务器的确认报文段）

client主动关闭，向服务器发送FIN报文段，进入FIN_WAIT_1状态。收到专门用于确认目的的确认报文段，进入FIN_WAIT_2状态，此时服务器处于CLOSE_WAIT状态，这一对状态可能发生半关闭状态。server关闭client给予确认，server进入TIME_WAIT状态。
TCP建立断开过程，客户端服务器状态转移图如下:

client收到server的结束报文段，并没直接进入CLOSE状态，client要等待一段长2MSL的时间（报文段最大生存时间）
TIME_WAIT状态存在原因:
1.可靠地终止TCP连接（不这样服务器重发报文6时会发送复位报文段给server）
2.保证让迟来的TCP报文段有足够时间被识别并丢弃（防止新连接和旧连接一样）

复位报文段
通知对方关闭连接或者重新建立连接
异常终止连接
一方给另一方发送FIN报文段，收到方发复位报文段，发送端所有等待发送的数据都将被丢弃。

拥塞控制= =