TCP协议介绍

传输层协议

TCP/IP 介绍

NCP：网络核心协议 （NCP：Network Core Protocol）

　　网络核心协议（NCP）管理对 NetWare 服务器资源的访问。NCP 向 NetWare 文件共享协议（即NFSP：NetWare File Sharing Protocol）发送过程调用消息，处理 NetWare 文件和打印资源请求。 NCP 是用于 NetWare 服务器和客户机之间传输信息的主要协议。

　　NCP 主要负责处理登入请求以及其它文件系统和打印系统请求。NCP 是一种基于客户机/服务器的 LAN 协议。工作站建立 NCP 请求并通过 IPX 在网络上发送这些请求服务。服务器端负责接收、拆包（unpacked）并解读 NCP 请求。

　　NCP 服务包括：文件访问、文件锁定（file locking）、安全性、资源分配跟踪（tracking of resource allocation）、事件通知（event notification）、与其它服务器同步、连接和通信、打印服务，以及队列和网络管理。

　　NCP 使用的是底层互联网分组交换协议 （即IPX ： Internetwork Packet Exchange Layer Services）。目前许多最新版的 NetWare（继 NetWare 5.0 之后 ）也都支持 TCP/IP 协议。

协议结构

Transmission Control Protocol/Internet Protocol 传输控制协议/因特网互联协议

TCP/IP是一个Protocol Stack，包括TCP、IP、UDP、ICMP、RIP、TELNET、FTP、SMTP、ARP等许多协议

最早发源于1969年美国国防部（缩写为DoD）的因特网的前身ARPA网络项目，1983年1月1日，TCP/IP

取代了旧的网络控制协议NCP，成为今天的互联网和局域网的基石和标准,由互联网工程任务组负责维护

国防高级研究计划局DARPA与BBN技术公司、斯坦福大学和伦敦大学学院签约，在多个硬件平台上开发

协议的操作版本。 在协议开发过程中，数据包路由层的版本号从版本 1 进展到版本 4，后者于 1983 年

安装在 ARPANET 中。它被称为互联网协议版本4（IPv4）作为协议，仍在互联网使用，连同其目前的

继承，互联网协议版本6（IPv6）。

TCP/IP 分层

共定义了四层，和 OSI参考模型的分层有对应关系

RFC官方分为四层:

• Application Layer（应用层）

• Transport Layer（传输层）

• Internet Layer（网络层）

• Link Layer(media-access)（网络接口层）

TCP/IP和OSI模型的比较

• 相同点

1. 两者都是以协议栈的概念为基础

2. 协议栈中的协议彼此相互独立

3. 下层对上层提供服务

• 不同点

1. OSI是先有模型；TCP/IP是先有协议，后有模型

2. OSI是国际标准，适用于各种协议栈；TCP/IP实际标准，只适用于TCP/IP网络

3. 层次数量不同

 

面向连接网络协议：是指通信双方之间在进行通信之前要先建立连接。比如打电话，双方通话前需要先建立连接。等数据发送结束后，双方再断开连接。

无连接网络协议，是指通信双方不需要事先建立一条通信线路，而是把每个带有目的地址的包送到网络线路上，由系统自主选定路线进行传输。比如QQ发送信息。

TCP面向连接的协议：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。

UDP协议是无连接、不保证可靠性的传输层协议。发送端不关心发送的数据是否到达目标主机、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。传输数据速度更快，效率更高

TCP特性

工作在传输层

面向连接协议

全双工协议

半关闭

错误检查

将数据打包成段，排序

确认机制

数据恢复，重传

流量控制，滑动窗口

tcp要先建立连接，然后发送数据

UDP特性

工作在传输层

提供不可靠的网络访问

非面向连接协议

有限的错误检查

传输性能高

无数据恢复特性

 

 

• 源端口、目标端口：计算机上的进程要和其他进程通信是要通过计算机端口的，而一个计算机端口某个时刻只能被一个进程占用，所以通过指定源端口和目标端口，就可以知道是哪两个进程需要通信。源端口、目标端口是用16位表示的，可推算计算机的端口个数为2^16个,即65536 （0-65535）

• 序列号：表示本报文段所发送数据的第一个字节的编号。在TCP连接中所传送的字节流的每一个字节都会按顺序编号。由于序列号由32位表示，所以每2^32个字节，就会出现序列号回绕，再次从0 开始

• 确认号：（ack）表示接收方期望收到发送方下一个报文段的第一个字节数据的编号。也就是告诉发送方：我希望你（指发送方）下次发送的数据的第一个字节数据的编号为此确认号：传输是否有问题？

• 数据偏移／首部长度：表示TCP报文段的首部长度，共4位，由于TCP首部包含一个长度可变的选项部分，需要指定这个TCP报文段到底有多长。它指出 TCP 报文段的数据起始处距离 TCP 报文段的起始处有多远。该字段的单位是32位(即4个字节为计算单位），4位二进制最大表示15，所以数据偏移也就是TCP首部最大60字节

• 控制位

  URG（紧急位）：表示本报文段中发送的数据是否包含紧急数据。后面的紧急指针字段（urgent pointer）只有当URG=1时才有效 ACK（确认位）：表示是否前面确认号字段是否有效。只有当ACK=1时，前面的确认号字段才有效。TCP规定，连接建立后，ACK必须为1,带ACK标志的TCP报文段称为确认报文段 PSH（急切位）：提示接收端应用程序应该立即从TCP接收缓冲区中读走数据，为接收后续数据腾出空间。如果为1，则表示对方应当立即把数据提交给上层应用，而不是缓存起来，如果应用程序不将接收到的数据读走，就会一直停留在TCP接收缓冲区中 RST（重置位）：如果收到一个RST=1的报文，说明与主机的连接出现了严重错误（如主机崩溃），必须释放连接，然后再重新建立连接。或者说明上次发送给主机的数据有问题，主机拒绝响应，带RST标志的TCP报文段称为复位报文段 SYN（同步位）：在建立连接时使用，用来同步序号。当SYN=1，ACK=0时，表示这是一个请求建立连接的报文段；当SYN=1，ACK=1时，表示对方同意建立连接。SYN=1，说明这是一个请求建立连接或同意建立连接的报文。只有在前两次握手中SYN才置为1，带SYN标志的TCP报文段称为同步报文段 FIN（断开位）：表示通知对方本端要关闭连接了，标记数据是否发送完毕。如果FIN=1，即告诉对方：“我的数据已经发送完毕，你可以释放连接了”，带FIN标志的TCP报文段称为结束报文段

• 窗口大小：表示现在允许对方发送的数据量，也就是告诉对方，从本报文段的确认号开始允许对方发送的数据量，达到此值，需要ACK确认后才能再继续传送后面数据，由Window size value * Window size scaling factor（此值在三次握手阶段TCP选项Window scale协商得到）得出此值

• 校验和：提供额外的可靠性紧急指针：标记紧急数据在数据字段中的位置

• 选项部分：其最大长度可根据TCP首部长度进行推算。TCP首部长度用4位表示，选项部分最长为：(2^4-1)*4-20=40字节

tcp3次握手

tcp是面向连接的，就是说每次发送数据之前都要和对方建立一条可靠的连接，这个建立连接的过程分为3个步骤，就叫做三次握手

当客户端向服务器发送请求连接的报文时： Seq序列号=x（x为随机） SYN=1（表示发送连接请求）

服务器端收到客户端发来的请求报文后，同意建立连接，则向客户端发送确认报文： Seq序列号=y（这时服务器也会产生一个序列号y，和客户端的序号不相关） Ack确认号=x+1（Seq序列号x+1，表示确认收到了客户端的请求） ACK=1（表示这是条确认请求） SYN=1（同时也发送一个建立连接的请求）

客户端进程收到服务端进程的确认后，还要向服务端给出确认，然后连接成功建立： Seq序列号=x+1（这时客户端的序号为1） Ack确认号=y+1（表示确认收到了服务器的连接请求） ACK=1（表示这是确认报文）

1、三次握手

（1）三次握手的详述

首先客户端发送连接请求报文，服务端接受连接后回复ACK报文，并为这次连接分配资源。客户端接收到ACK报文后也向服务端发生ACK报文，并分配资源，这样TCP连接就建立了。

最初两端的TCP进程都处于CLOSED关闭状态，A主动打开连接，而B被动打开连接。（A、B关闭状态CLOSED——B收听状态LISTEN——A同步已发送状态SYN-SENT——B同步收到状态SYN-RCVD——A、B连接已建立状态ESTABLISHED）

• B的TCP服务器进程先创建传输控制块TCB，准备接受客户进程的连接请求。然后服务器进程就处于LISTEN（收听）状态，等待客户的连接请求。若有，则作出响应。

• 1**）第一次握手：A的TCP客户进程也是首先创建传输控制块TCB，然后向B发出连接请求报文段，（首部的同步位SYN=1，初始序号seq=x）**，（SYN=1的报文段不能携带数据）但要消耗掉一个序号，此时TCP客户进程进入SYN-SENT（同步已发送）状态。

• 2**）第二次握手：B收到连接请求报文段后，如同意建立连接，则向A发送确认，在确认报文段中（SYN=1，ACK=1，确认号ack=x+1，初始序号seq=y**），测试TCP服务器进程进入SYN-RCVD（同步收到）状态；

• 3**）第三次握手：TCP客户进程收到B的确认后，要向B给出确认报文段（ACK=1，确认号ack=y+1，序号seq=x+1**）（初始为seq=x，第二个报文段所以要+1），ACK报文段可以携带数据，不携带数据则不消耗序号。TCP连接已经建立，A进入ESTABLISHED（已建立连接）。

• 当B收到A的确认后，也进入ESTABLISHED状态。

（2）总结三次握手过程：

• 第一次握手：起初两端都处于CLOSED关闭状态，Client将标志位SYN置为1，随机产生一个值seq=x，并将该数据包发送给Server，Client进入SYN-SENT状态，等待Server确认；

• 第二次握手：Server收到数据包后由标志位SYN=1得知Client请求建立连接，Server将标志位SYN和ACK都置为1，ack=x+1，随机产生一个值seq=y，并将该数据包发送给Client以确认连接请求，Server进入SYN-RCVD状态，此时操作系统为该TCP连接分配TCP缓存和变量；

• 第三次握手：Client收到确认后，检查ack是否为x+1，ACK是否为1，如果正确则将标志位ACK置为1，ack=y+1，并且此时操作系统为该TCP连接分配TCP缓存和变量，并将该数据包发送给Server，Server检查ack是否为y+1，ACK是否为1，如果正确则连接建立成功，Client和Server进入ESTABLISHED状态，完成三次握手，随后Client和Server就可以开始传输数据。

起初A和B都处于CLOSED状态——B创建TCB，处于LISTEN状态，等待A请求——A创建TCB，发送连接请求（SYN=1，seq=x），进入SYN-SENT状态——B收到连接请求，向A发送确认（SYN=ACK=1，确认号ack=x+1，初始序号seq=y），进入SYN-RCVD状态——A收到B的确认后，给B发出确认（ACK=1，ack=y+1，seq=x+1），A进入ESTABLISHED状态——B收到A的确认后，进入ESTABLISHED状态。

2.四次挥手

（1）四次挥手的详述

　　假设Client端发起中断连接请求，也就是发送FIN报文。Server端接到FIN报文后，意思是说"我Client端没有数据要发给你了"，但是如果你还有数据没有发送完成，则不必急着关闭Socket，可以继续发送数据。所以你先发送ACK，"告诉Client端，你的请求我收到了，但是我还没准备好，请继续你等我的消息"。这个时候Client端就进入FIN_WAIT状态，继续等待Server端的FIN报文。当Server端确定数据已发送完成，则向Client端发送FIN报文，"告诉Client端，好了，我这边数据发完了，准备好关闭连接了"。Client端收到FIN报文后，"就知道可以关闭连接了，但是他还是不相信网络，怕Server端不知道要关闭，所以发送ACK后进入TIME_WAIT状态，如果Server端没有收到ACK则可以重传。“，Server端收到ACK后，"就知道可以断开连接了"。Client端等待了2MSL后依然没有收到回复，则证明Server端已正常关闭，那好，我Client端也可以关闭连接了。Ok，TCP连接就这样关闭了！

数据传输结束后，通信的双方都可释放连接，A和B都处于ESTABLISHED状态。（A、B连接建立状态ESTABLISHED——A终止等待1状态FIN-WAIT-1——B关闭等待状态CLOSE-WAIT——A终止等待2状态FIN-WAIT-2——B最后确认状态LAST-ACK——A时间等待状态TIME-WAIT——B、A关闭状态CLOSED）

• 1）A的应用进程先向其TCP发出连接释放报文段（FIN=1，序号seq=u），并停止再发送数据，主动关闭TCP连接，进入FIN-WAIT-1（终止等待1）状态，等待B的确认。

• 2）B收到连接释放报文段后即发出确认报文段，（ACK=1，确认号ack=u+1，序号seq=v），B进入CLOSE-WAIT（关闭等待）状态，此时的TCP处于半关闭状态，A到B的连接释放。

• 3）A收到B的确认后，进入FIN-WAIT-2（终止等待2）状态，等待B发出的连接释放报文段。

• 4）B没有要向A发出的数据，B发出连接释放报文段（FIN=1，ACK=1，序号seq=w，确认号ack=u+1），B进入LAST-ACK（最后确认）状态，等待A的确认。

• 5）A收到B的连接释放报文段后，对此发出确认报文段（ACK=1，seq=u+1，ack=w+1），A进入TIME-WAIT（时间等待）状态。此时TCP未释放掉，需要经过时间等待计时器设置的时间2MSL后，A才进入CLOSED状态。

（2）总结四次挥手过程：

起初A和B处于ESTABLISHED状态——A发出连接释放报文段并处于FIN-WAIT-1状态——B发出确认报文段且进入CLOSE-WAIT状态——A收到确认后，进入FIN-WAIT-2状态，等待B的连接释放报文段——B没有要向A发出的数据，B发出连接释放报文段且进入LAST-ACK状态——A发出确认报文段且进入TIME-WAIT状态——B收到确认报文段后进入CLOSED状态——A经过等待计时器时间2MSL后，进入CLOSED状态。

 

 

有限状态机

• CLOSED 没有任何连接状态

• LISTEN 侦听状态，等待来自远方TCP端口的连接请求

• SYN-SENT 在发送连接请求后，等待对方确认

• SYN-RECEIVED 在收到和发送一个连接请求后，等待对方确认

• ESTABLISHED 代表传输连接建立，双方进入数据传送状态

• FIN-WAIT-1 主动关闭,主机已发送关闭连接请求，等待对方确认

• FIN-WAIT-2 主动关闭,主机已收到对方关闭传输连接确认，等待对方发送关闭传输连接请求

• TIME-WAIT 完成双向传输连接关闭，等待所有分组消失

• CLOSE-WAIT 被动关闭,收到对方发来的关闭连接请求，并已确认

• LAST-ACK 被动关闭,等待最后一个关闭传输连接确认，并等待所有分组消失

• CLOSING 双方同时尝试关闭传输连接，等待对方确认

客户端先发送一个FIN给服务端，自己进入FIN_WAIT_1状态，这时等待接收服务端报文，该报文会有三种可能：

• 只有服务端的ACK

• 只有服务端的FIN

• 基于服务端的ACK，又有FIN

• **超时重传**

异常网络状况下（开始出现超时或丢包），TCP控制数据传输以保证其承诺的可靠服务

TCP服务必须能够重传超时时间内未收到确认的TCP报文段。为此，TCP模块为每个TCP报文段都维护一

个重传定时器，该定时器在TCP报文段第一次被发送时启动。如果超时时间内未收到接收方的应答，

TCP模块将重传TCP报文段并重置定时器。至于下次重传的超时时间如何选择，以及最多执行多少次重

传，就是TCP的重传策略