【网络协议】精讲TCP通信原理！

前言

 TCP 把连接作为最基本的对象，每一条 TCP 连接都有两个端点，这种端点我们叫作套接字（socket），它的定义为端口号拼接到 IP 地址即构成了套接字，例如，若 IP 地址为 192.3.4.16 而端口号为 80，那么得到的套接字为`192.3.4.16:80`。IP 协议虽然能把数据报文送到目的主机，但是并没有交付给主机的具体应用进程。而端到端的通信才是应用进程之间的通信。TCP 报文是 TCP 层传输的数据单元，也叫报文段。TCP 报文的格式如下图所示：

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我们从 TCP 的报文格式中能看到 6 个**标志位**：URG ACK PSH RST SYN FIN，每一个标志位表示一个控制功能。

**URG：**紧急指针标志，为1时表示紧急指针有效，为0则忽略紧急指针。
**ACK：**确认序号标志，为1时表示确认号有效，为0表示报文中不含确认信息，忽略确认号字段。
**PSH：**push标志，为1表示是带有push标志的数据，指示接收方在接收到该报文段以后，应尽快将这个报文段交给应用程序，而不是在缓冲区排队。
**RST：**重置连接标志，用于重置由于主机崩溃或其他原因而出现错误的连接。或者用于拒绝非法的报文段和拒绝连接请求。
**SYN：**同步序号，用于建立连接过程，在连接请求中，SYN=1和ACK=0表示该数据段没有使用捎带的确认域，而连接应答捎带一个确认，即SYN=1和ACK=1。
**FIN：**finish标志，用于释放连接，为1时表示发送方已经没有数据发送了，即关闭本方数据流。

TCP 的连接和断开的过程和这几个标志位有关。

1. 建立连接

TCP 的三次握手，意思就是建立连接的时候客户端与服务器之间需要三次数据包的交流。

客户端发送给服务器一个请求连接数据包，即发送了一个指向服务器目标端口的一个 SYN 位为 1 的TCP 报文。
服务器接收到客户端的连接请求之后，会回应一个 SYN 位为 1 的TCP 报文，表示同意连接。并且，会把 ACK 位也置 1 表示确认收到上次消息。
客户端接收到服务器的同意连接的数据包之后，还要回复一个 ACK 为 1 的 TCP 报文，表示确认收到。

如下图所示，这就是 TCP 的三次握手：

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2. 数据传输

TCP 以段为单位发送数据

在建立 TCP 连接的同时，也可以确定发送数据包的单位，我们也可以称其为“最大消息长度”（MSS：Maximum Segment Size）。最理想的情况是，最大消息长度正好是 IP 中不会被分片处理的最大数据长度。
TCP 在传输大量数据时，是以 MSS 的大小将数据进行分割发送的。进行重发时也是以 MSS 为单位。
MSS 是在三次握手的时候，在两端主机之间被计算得出。两端的主机在发出建立连接的请求时，会在 TCP 首部中写入 MSS 选项，告诉对方自己的接口能够适应的 MSS 的大小（为附加 MSS 选项，TCP首部将不再是20字节，而是 4 字节的整数倍）。然后会在两者之间选择一个较小的值投入使用（在建立连接时，如果某一方的 MSS 选项被省略，可以选为 IP 包的长度不超过 576 字节的值（IP 首部 20 字节，TCP 首部 20 字节，MSS 536 字节））。

例如客户端发送一段 3500 长度的数据到服务端，假设确定的 MSS 长度为1000，数据传输的过程如下所示：

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3. 断开连接

TCP 的四次挥手，意思就是释放连接的时候客户端与服务器之间需要四次数据包的交流。

客户端发送给服务器一个请求释放连接的数据包，即发送了一个指向服务器目标端口的一个 FIN 位为 1 的TCP 报文，表示客户端没有数据要发送了，但是仍然可以接收数据；并且 ACK 位也为 1，表示对上次传输数据结果的确认。并且之后处去等待状态，等待服务器的两次回应。
服务器接收到客户端的释放连接请求之后，会先回应一个 ACK 位为 1 的报文，表示确认收到。但是，这时服务器可能还有数据没有发送完成，继续发送数据。
服务器发送完数据之后，发送一个 FIN 为 1 的 TCP 报文，表示我也没有要发送的数据了，你可以释放连接了。当然 ACK 位仍然为 1 。
客户端接收到服务器的同意释放连接的数据包之后，回复一个 ACK 为 1 的 TCP 报文，表示确认收到。

如下图所示，这就是 TCP 的四次挥手：

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