传输控制协议（TCP）

传输控制协议（TCP）【来自Unix网络编程（卷一）第2章】

1、TCP是一个面向连接、可靠性的传输协议；

2、TCP含有用于动态估算客户与服务器之间往返时间(RTT)的算法，以便它知道等待一个确认需要多少时间；若 超过这个时间则超时重传。一般RTT在一个局域网上大约是几毫秒，跨越一个广域网可能是数秒。

3、TCP通过给其中每个字节关联一个序列号对所发送的数据进行排序。

如果分节分顺序到达，接收端TCP将先根据他们的序列号重新排序，再把结果数据传递给接收应用。

接收端TCP负责重新排序，接收端应用只负责接收排序好的数据进行处理。

4、TCP提供流量控制。TCP总是告知对端在任何时刻它一次能够从对端接收多少字节的数据，这称为通告窗 口。

在任何时刻，该窗口指出接收缓冲区中当前可用的空间量，从而确保发送端发送的数据不会使接收缓冲 区溢出。

该窗口时刻动态变化：当接收到来自发送端数据时，窗口大小就减小，但是当接收端应用从缓冲区中读 取数据时，窗口大小就增大。通告窗口大小减小到0是有可能的：当TCP对应某个套接字的接收端缓冲区已满，导致它必须等待应用从该缓冲区读取数据时，方能从对端在接受数据。

5、TCP连接是全双工的。UDP亦可以是全双工的。

 

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TCP连接的建立与终止

1、三次握手

1）服务器必须准备好接收外来的连接。服务器端通过调用socket、bind和listen这3个函数来完成，我们称之为 被动打开。

2）客户通过调用connect发起主动打开。这导致客户TCP发送一个SYN（同步分节），他告诉服务器客户将在（待建立）连接中发送的数据的初始序列号（不一定从一开始吧）。通常SYN分节不携带数据，其所在IP数据 报只包含一个IP首部、一个TCP首部及可能有的TCP选项。

3）服务器必须确认（ACK）客户的SYN，同时自己也得发送一个SYN分节（服务器和客户端都各自有一个SYN初试序列号，这两个初始序列号之间并无之间联系），它含有服务器将在同一连接中发送的数据的初始序列号。服务器在单个分节中发送SYN和对客户SYN的ACK确认。

4）客户必须确认服务器的SYN。

这种交换至少需要3个分组，因此称之为TCP的三次握手（three-way-handshark）。

示意图：

 

图中给出的客户的初始序列号为J，服务器的初始序列号为K。ACK中的确认号是发送这个ACK的一端所期待的下一个序列号。因为SYN占据一个字节的序列号空间，所以每一个SYN的ACK中的确认号就是该SYN的初始序列号加1。类似的，每一个FIN（表示结束）的ACK中的确认号为该FIN序列号加1.（ACK是对SYN确认的）

形象化：

建立一个TCP连接就好比一个电话系统。socket函数等同于有电话可用。bing函数是在告诉别人你的电话号码，这样他们可以呼叫你。listen函数是打开电话振铃，这样当有一个外来呼叫到达时，你就可以听到。connect函数要求我们知道对方的电话号码并拨打他。

2、TCP连接终止

TCP连接的需要3个分节，终止一个连接则需要4个分节。

1）某个应用进程（可以使客户端应用进程也可以是接收端应用进程）首先调用close，我们称该端执行主动关闭。该段的TCP于是发送一个FIN分节，表示数据发送完成。

2）接收到这个FIN的对端执行被动关闭。这个FIN由TCP确认。它的接收也作为一个文件结束符传递给接收端应用进程（放在已排队等候该应用进程接收的任何其他数据之后），因为FIN的接收意味着接收端应用进程在相应连接上再无额外数据可接收。

3）一段时间后，接收到这个文件结束符的应用进程将调用close关闭它的套接字。这导致它的TCP也发送一个FIN。（Close函数被调用之后，TCP就发送一个FIN）

4）接收这个最终FIN的原发送端TCP（即执行主动关闭的那一端）确认这个FIN。

示意图：

半关闭：只有步骤1和2时，称为半关闭。

TCP半开连接：是指发送了TCP连接请求,等待对方应答的状态,此时连接并没有完全建立起来,双方还无法进行通信交互的状态,此时就称为半连接。由于一个完整的TCP连接需要经过三次握手才能完成,这里把三次握手之前的连接都称之为半连接。

 

3、TCP的状态转换

 

MSS：不同方向上的MSS不同不成问题；MSS用于向对端TCP通告对端在每个分节中能发送的最大TCP数量。；比如：客户端的MSS=536，这个则表示客户端能接收的最大分节大小是536.

 

4、TCP输出

 

每一个TCP套接字有一个发送缓冲区，我们可以使用SO_SENDBUF套接字选项来更改该缓冲区的大小。

套接字默认为阻塞的。当应用程序进程向TCP套接字缓冲区写入数据时，而TCP套接字发送缓冲区容不下该应用进程的所有数据，该应用进程将被投入睡眠，内核将不从write系统调用返回，直到应用进程缓冲区中的所有数据都复制到套接字的发送缓冲区。因此，从写一个TCP套接字的write调用成功返回仅仅表示我们可以重新使用原来的应用进程缓冲区，并不表示对端的TCP或应用进程已接收到数据。

 

数据传到数据链路层时，每个数据链路都有一个输出队列，如果该队列已满，那么新到的分组将被丢弃（数据链路层也有丢包的功能，屌）并沿着协议栈向上返回一个错误：从数据链路到IP，再从IP到TCP,TCP将注意到这个错误，并在以后某个时刻重传相应的分节。应用进程并不知道这种暂时的情况。