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TCP

概述

TCP（Transmission Control Protocol），传输控制协议

TCP协议传输的特点主要就是面向字节流、面向连接、传输可靠。

tcp的可靠性如何保证

  • 分块传送：数据被分割成最合适的数据块（UDP的数据报长度不变）
  • 等待确认：通过定时器等待接收端发送确认请求，收不到确认则重发
  • 确认回复：收到确认后发送确认回复(不是立即发送，通常推迟几分之一秒)
  • 数据校验：保持首部和数据的校验和，检测数据传输过程有无变化
  • 乱序排序：接收端能重排序数据，以正确的顺序交给应用端
  • 重复丢弃：接收端能丢弃重复的数据包
  • 流量缓冲：两端有固定大小的缓冲区（滑动窗口），防止速度不匹配丢数据

标识

  • SYN（synchronize），建立联机/请求同步
  • SYN-SENT，同步已发送
  • SYN-RCVD，同步收到
  • ACK（acknowledgment），确认
  • ISN（initial sequence number），初始化序列号
  • Sequence number，顺序号码
  • Acknowledge number，确认号码
  • ESTABLISHED，已建立连接
  • PSH（push），传送
  • FIN（finish），结束
  • RST（reset），重置
  • URG（urgent），紧急

三次握手

三次握手
图：三次握手

流程

  • 客户端发送SYN，表明要向服务器建立连接。同时带上序列号ISN
  • 服务器返回ACK（序号为客户端序列号+1）作为确认。同时发送SYN作为应答（SYN的序列号为服务端唯一的序号）
  • 客户端发送ACK确认收到回复（序列号为服务端序列号+1）

为什么是三次

  • tcp连接是全双工的，数据在两个方向上能同时传递。
  • 所以要确保双方，同时能发数据和收数据
  • 第一次握手：证明了发送方能发数据
  • 第二次握手：ack确保了接收方能收数据，syn确保了接收方能发数据
  • 第三次握手：确保了发送方能收数据

四次挥手

四次挥手
图：四次挥手

流程

  • 主动关闭的一方发送FIN，表示要单方面关闭数据的传输
  • 服务端收到FIN (M)后，发送一个ACK作为确认（M+1）
  • 等服务器数据传输完毕，也发送一个FIN (N) 标识，表示关闭这个方向的数据传输
  • 客户端回复ACK (N+1) 以确认回复

为什么四次

  • 因为tcp连接是全双工的，数据在两个方向上能同时传递。
  • 同时tcp支持半关闭（发送一方结束发送还能接收数据的功能）。
  • 因此每个方向都要单独关闭，且收到关系通知需要发送确认回复。

为什么要支持半关闭

  • 客户端需要通知服务端，它的数据已经传输完毕
  • 同时仍要接收来自服务端的数据
  • 使用半关闭的单连接效率要比使用两个tcp连接更好

为什么客户端在TIME-WAIT阶段要等2MSL？

MSL（Maximum Segment Lifetime）：一段 TCP 报文在传输过程中的最大生命周期。
2MSL 即是服务器端发出为 FIN 报文和客户端发出的 ACK 确认报文所能保持有效的最大时长。

为的是确认服务器端是否收到客户端发出的 ACK 确认报文，当客户端发出最后的 ACK 确认报文时，并不能确定服务器端能够收到该段报文。
所以客户端在发送完 ACK 确认报文之后，会设置一个时长为 2MSL 的计时器。

服务器端在 1MSL 内没有收到客户端发出的 ACK 确认报文，就会再次向客户端发出 FIN 报文：
如果客户端在 2MSL 内，再次收到了来自服务器端的 FIN 报文，说明服务器端由于各种原因没有接收到客户端发出的 ACK 确认报文。
客户端再次向服务器端发出 ACK 确认报文，计时器重置，重新开始 2MSL 的计时。
否则客户端在 2MSL 内没有再次收到来自服务器端的 FIN 报文，说明服务器端正常接收了 ACK 确认报文，客户端可以进入 CLOSED 阶段，完成“四次挥手”。

参考