协议系列之TCP协议
3、TCP协议
从上一节我们了解了什么是IP协议,以及IP协议的一些特性,利用IP协议传输都是单向的,不可靠的,无连接状态的。正是这些特性,于是便产生了TCP协议。TCP协议属于传输层,在IP协议网络层之上,竟然IP协议不可靠,那就必须要在其上多一个TCP协议以实现传输的可靠性。就像我们寄出一封信,如果对方不回信,不通过别的渠道告诉你,你永远都无法保证这封信能准确送到对方手上。同样,TCP协议采取了类似的措施来保证数据包的准确送达,它规定接收端发送一个确认数据包回来。
严格地说,TCP协议提供了可靠、全双工、流式和无结构传输服务。它通过两种技术达到可靠性——积极确认和重发送。接收端在收到发送者发送的数据后,必须发送一个相应的确认消息(ACK),告诉发送到我已经收到这个数据包。对于超时丢失的数据包,TCP会重新发送这个数据包。
TCP报文以IP报文为载体,嵌套在IP报文里面。图2-2-3-1展示了TCP报文格式。源端口跟目的端口肯定就是描述“从哪个端口来,到哪个端口去”。序号用于标识发送的顺序数,对所有通过TCP传输的的字节进行统计。确认序号则表示哪些序号的数据包已经成功接收。这里重点讲这个ACK位,这个标记位用于确认接收,初始化一个连接用SYN+ACK组合,关闭一个连接用ACK+FIN组合。校验和则用于验证数据包的正确性。其他字段不再赘述,可以查找相关资料了解。
图2-2-3-1 TCP协议报文
TCP协议连接的建立是通过三次握手完成的,这是TCP的重要内容,有必要深入理解,图2-2-3-2为TCP建立连接图示,假设从客户端发起连接请求,首先客户端会把SYN标志置位,同时初始化一个发送序列号,插入TCP报头的序列号区域,一起发给服务器;服务器收到该TCP分段后,把ACK标志置位,并初始化一个序列号,同时把接收到的客户端的发送序号加一,作为确认序号发送给客户端,告知客户端之前发送的数据我都收到了;最后,确认收到服务器的TCP分段,将ACK标志置位,并把服务器发来的发送序号加一返回给服务器。目前为止,TCP连接已经完整建立,可以开始全双工模式的数据传输了。
图2-2-3-2 TCP协议连接建立
建立连接后,如果不传输数据了,就要把连接关闭,由于TCP存在半关闭状态,所以TCP的连接关闭要通过四次握手完成的。如图2-2-3-3,TCP连接是全双工传输(两个方向能同时传输数据),每个方向必须要单独对其进行关闭。客户端的应用程序发送关闭命令给TCP,TCP发送完尚未处理的报文后,不在受理客户端应用程序的数据发送,并且发送附带发送序号、确认序号、ACK=1、FIN=1等字段的报文到服务器端,服务器端发送确认信息给客户端,接着服务器向客户端发送FIN报文,客户端回以确定信息。为了避免客户端的确认报文丢失服务器重传报文对新连接的干扰,客户端会等待一段时间才关闭连接。通过这样四次握手,完成关闭连接。
图2-2-3-3 TCP协议连接关闭
最后简单总结一下,TCP协议有以下几个特点:
① TCP通过确认机制来保证数据包传送的可靠性。
② TCP通过CRC校验机制来保证数据包传输的无差错性。
③ TCP会重新排序乱序的数据包和丢弃重复的数据。
④ TCP能够提供流量控制机制,使用滑动窗口算法。
⑥ TCP能协商发送的数据报文长度。
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