TCP协议详解，你从未见过额全新版本

前言：

TCP/IP协议簇的传输层协议主要有两个，TCP(Transimission Control Protocol，传输控制协议)和UDP（User Datagram Protocol，用户数据报协议）

一：TCP协议介绍

TCP是面向连接的，可靠的进程到进程通信的协议。

TCP提供全双工服务，即数据可在同一时间双向传输，每一个TCP都有发送缓存和接收缓存，用来临时存储数据。

二：TCP报文格式

2.1TCP报文段

TCP将若干个字节构成一个分组，成为报文段。

TCP报文段封装在IP数据报中。

2.2TCP报文段格式

源端口号：16位字段，为发送方进程对应的端口号。

目标端口号：16位字段，对应的是接收端的进程，接收端收到数据后，根据这个端口号来确定吧这个数据送给哪个应用程序的进程。

序号：当TCP从进程接收数据字节时，就把他们存储在发送缓存中，并对每一个字节进行编号。

确认号：确认号是对发送端的确认信息。用它来告诉发送端这个序号之前的数据段都已经收到。如确认号是X，就表示前X-1个数据段都已经收到。

首部长度：一般是20字节，最大可以扩展为60字节。用它可以确定首部数据结构的字节长度。

保留：作为今后扩展功能使用，现在还没有使用到。

控制位：这六位作用很重要，TCP的连接，传输和断开都受这六个控制位的指挥。各位的含义如下。

URG：紧急指针有效位。只有0和1，1表示指针开启。数据传输时，先放在缓存（内存）中，临时保存起来，紧急指针位是指可以在内存中优先提取数据。

PSH：标志位=1时要求接收方尽快将数据段送达应用层。即PSH=1时，不经过缓存，直接将数据段送达应用层。优先级高于URG。

ACK：确认位。只有当ACK=1时，确认序列号才有效。当ACK=0时，确认序列号字段无效。

SYN：连接位。同步序号位，TCP需要建立连接时将这个值设置为1.

FIN：断开连接标识。发送端完成发送任务位，当TCP完成数据传输需要断开连接时，提出断开连接的一方将这个值设置为1.

RST：重新建立连接TCP连接时使用。，当RST=1时，通知重新建立TCP连接。

窗口大小：用于说明本地可接收数据段的数目，窗口大小是可变的。当网络通畅是窗口值变大可以加快传输速度，当网络不稳定时减小这个值可以保证网络数据的可靠传输。TCP协议中的流量控制机制就是依靠变化窗口值的大小实现的。

校验和：用来做差错控制。在发送TCP数据段时，由发送端计算校验和，到达目的地时再进行一次校验和计算。若两次校验和一致，则说明数据基本是正确的，否则将认为数据已被破坏，接收端将丢弃数据。

紧急指针：和URG配合使用，当URG=1时有效。

选项：在TCP首部可以有多达40字节的可选信息。

三：TCP连接--三次握手

3.1第一次握手

建立连接过程：PC1发送建立连接请求，SYN标志位设为1.

3.2第二次握手

这一次握手实际上分为两部分来完成。

第一部分：PC2收到PC1的请求，向PC1回复一个确认信息，此过程的典型标志就是TCP的ACK控制位为1。且确认序列号是PC1的初始序列号加1.

第二部分：PC2收到请求后需要回复。即PC2也向PC1发送建立连接的请求，此过程的典型标志和第一次握手一样，即TCP的SYN控制位为1.

为了提高效率，一般将这里两个部分合并在一个数据包里实现。

3.3第三次握手

PC1收到了PC2的回复（包含请求和确认），此时需要向PC2回复一个确认信息，此过程的典型标志就是TCP的ACK控制位为1.且确认序列号是PC2的初始序列号加1.

此时就完成了三次握手

3.4总结

上图中

Seq表示请求序列号。

Ack表示确认序列号

SYN控制位只有在请求建立连接时才被设为1.

四：TCP四次挥手

参加数据交换的双方中的任何一方（客户和服务器）都可以关闭连接。TCP断开连接分四步，也称为四次挥手。

4.1第一次挥手

PC1发送 FIN 和 ACK 控制位为1的TCP报文段给PC2.

FIN：断开连接标识，提出断开连接的一方将这个值设为1.

ACK：ACK=1，表示确认序列号字段有效。

4.2第二次挥手

PC2收到PC1的信息，开始回复。

PC2 回复 ACK=1 的 TCP 报文段给 PC1。

4.3第三次挥手

PC2现在开始主动发送消息给PC1，发送 FIN=1，ACK=1 的报文段给PC1.

即PC2也发消息给PC1，FIN=1，我（也）要和你断开连接。ACK=1，确认序列号字段有效。

4.4第四次挥手

PC1收到 PC2 的消息，回复ACK=1 的TCP报文段。

ACK=1，确认PC2 发给 PC1 的序列号字段有效。

4.5半关闭

在TCP断开连接（四次挥手）的过程中，TCP一方（通常是客户端）可以终止发送数据，但仍然可以接收数据，成为半关闭。

具体描述一下：

1.客户端发哦是那个FIN报文段，半关闭了这个连接，服务器发送ACK报文段接收半关闭。

2.服务器继续发送数据，而客户端只发送ACK确认，不再发送任何数据。

3.当服务器吧所有数据都发送完毕时，就发送FIN报文段，客户再发送ACK报文段，这样就关闭了TCP连接。

五：DUP协议介绍

5.1UDP协议

UDP缺点：是一个无连接，不保证可靠性的传输层协议，也就是说发送端不关心发送的数据是否达到目标主机，数据是否出错等，收到数据的主机也不会告诉发送方是否收到了数据，它的可靠性由上层协议来保障。

UDP优点：UDP的首部结构简单，在数据传输时能实现最小的开销。

5.2UDP报文的首部格式

UDP在实际工作中的应用范围很广，例如，聊天工具QQ在发送短消息时就使用了UDP的方式。

5.3UDP协议端口和功能

TFTP：简单文件传输协议，速度快。

RPC:：远程过程调用。同步传输数据的时候会用到。

NTP：比如做网络架构时，100台机器实现数据同步传输，就需要用到网络时间协议。

六：常见协议及其端口

FTP：文件服务器，方便文件的上传和下载。

TELNET：采用明文发送，建议在局域网中使用，不建议在广域网中使用。

SMTP：发送邮件的协议

POP3：收邮件的协议

HTTP：打开网站用到的协议