TCP/IP之TCP的建立与终止

TCP协议简介

tcp/ip协议族中传输层最重要的两种协议是UDP和TCP协议，上一篇文章用很短的篇幅介绍完了UDP协议相关的内容，但相对于UDP而言的TCP协议，是种更复杂，应用更广的协议。在接下来的几篇文章中都会学习TCP协议相关的知识。这里补充一点有用的小知识：之前分析网络包我都用的tcpdump命令，因为写博客时都在用ubuntu系统，所以linux下的tcpdump简单强大，也不用安装什么。现在写文章时换回了windows7系统，因为之前在ubuntu下写一篇文章时浏览器总是莫名的把写了半天的文章搞丢，所以换回windows写文章。在windows下分析网络包用的wireshark，一个你不得不知道的专业分析网络包的工具。

首先还是介绍下TCP协议的rfc定义文档内容。RFC793 定义了TCP协议。

首先我们要清楚TCP在整个TCP/IP协议族中的位置。它基于IP协议之上，服务于更高层的应用层协议，如ftp,http,smtp等等。

TCP的头部格式（Header Format）如下：

 0                   1                   2                   3
    0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |          Source Port          |       Destination Port        |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |                        Sequence Number                        |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |                    Acknowledgment Number                      |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |  Data |           |U|A|P|R|S|F|                               |
   | Offset| Reserved  |R|C|S|S|Y|I|            Window             |
   |       |           |G|K|H|T|N|N|                               |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |           Checksum            |         Urgent Pointer        |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |                    Options                    |    Padding    |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |                             data                              |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

（给大家介绍一个画ascii图的网址：http://www.asciiflow.com/#Draw）

Source Port: 源端口。我们知道ip报文中有源ip地址和目的ip地址，这两个值加上tcp报文中的源端口（source port）和目的端口(destination port)，就确定了一个tcp连接。
Destination Port: 目的端口。如source port介绍一样。一般对于一个ip地址和一个port端口号，我们也称为一个socket。说起socket我们应该并不陌生，在应用开发时经常用到。socket就是对网络编程接口的封装。
Sequence Number: 序列号。我们知道tcp是面向流的连接。tcp针对每个传送的字节，都会进行计数。序号是32bit的无符号数。值范围是0~2³²-1，当达到最大值时会从又从0开始计数。
Acknowledgment Number: 确认序号。指期望下次接收到的序列号。
Data offset: TCP报文头部长度。以32位（8byte）为单位。所以最大报议长长度是60字节。如果没有可选字段的话，一般是20字节。
Reserved: 保留字段
U,A,P,R,S,F: 六个标志位。URG：紧急指针 ACK:确认序号有效 PSH:接收方应该尽快将该报文交给应用层 RST:重新连接 SYN:同步序号发起一个连接 FIN:发端完成发送任务
window: TCP流量的窗口大小。以字节为单位。最大是2¹⁶ - 1 = 65535
Checksum：检验和，覆盖了整个TCP的头部和数据。同发送端计算，接收端验证。
Urgent Pointer: 紧急指针是一个正的偏移量，它和序号字段相加表示紧急数据的最后一个字节序号
options: 可选字段。最常见的可选字段如MSS（maximum segment size）。
Padding：填充字段。因为头部字段必需是32位的整数倍。所以当可选字段非32整数倍长度时，用0来填充。
data: tcp数据

TCP连接建立

TCP连接的建立，我想很多找工作的时候都喜欢问这个问题，比如说说TCP连接的三次握手(three way handshake)的过程。所以搞清楚tcp连接建立的过程至少对找工作还是挺有帮助的。

client端发送一个syn初始化同步序列号，假设seq=0x9e0dd824, 我们这里用16进表示。上图中标示seq=0的表示方法是相对表示法，这样以后出现的seq序列号都是相对于syn时的初始序列号的数。
server端收到客户端的syn报文后，同时也发送一个[syn,ack]的报文。注意这里的seq=0表示server端的初始化序列，也是一个相对值，它的真实值可能是seq=0x59bc0bd5。这时发送的报文中设置了ack标识，并置确认序列号（acknowledge number）为ack=1,即为之前收到的[syn]中seq的初始化值加1，真实值为ack=0x9e0dd825
client发送一个[ack]报文。seq=1,即为seq=0x9e0dd825, ack=1指对server端上次发送的seq加1 ，即ack=0x59bc0bd6

现在经过这三步（三次握手）,已经建立起了一个tcp连接。这里要强调的上图中没有所谓的哪边是客户端，哪边是服务端，都只是相对而言的。