基础知识

具体含义

利用IP进行通信时所必须用到的协议的统称。 具体来说，IP 或 ICMP、TCP或 UDP、 TELNET或是 FTP、HTTP 等都属于 TCP/IP 的协议。它们与 TCP或 IP 的关系紧密，是互联网必不可以少的组成部分。TCP/IP 一词泛指这些协议，因此，有时也称TCP/IP为国际协议族。

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TCP头部信息

注: 指定通信的源端口号、目的端端口号、管理 TCP连接， 控制两个方向的数据流

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TCP报文各个位置详解

  1. 源端口号：数据发起者的端口号，16bit

  2. 目的端口号：数据接收者的端口号，16bit

  3. 序号：32bit的序列号，由发送方使用

  4. 确认序号：32bit的确认号，是接收数据方期望收到发送方的下一个报文段的序号，因此确认序号应当是上次已成功收到数据字节序号加1

  5. （数据偏移）首部长度：首部中32bit字的数目，可表示15*32bit=60字节的首部。一般首部长度为20字节。

  6. 保留：6bit，均为0

  7. 紧急URG：当URG=1时，表示报文段中有紧急数据，应尽快传送；

  8. 确认比特ACK：ACK = 1时代表这是一个确认的TCP包，取值0则不是确认包；

  9. 推送比特PSH：当发送端PSH=1时，接收端尽快的交付给应用进程；

  10. 复位比特（RST）：当RST=1时，表明TCP连接中出现严重差错，必须释放连接，再重新建立连接；

  11. 同步比特SYN：在建立连接时用来同步的序号。SYN=1,ACK=0表示一个连接请求报文段。SYN=1，ACK=1表示同意建立连接。

  12. 终止比特FIN：FIN=1时，表明此报文段的发送端的数据已经发送完毕，并要求释放传输连接。

  13. 窗口：用来控制对方发送的数据量，通知发放已确定的发送窗口上限。

  14. 校验和：该字段检验的范围包括首部和数据这两部分。由发端计算和存储，并由收端进行验证。

  15. 紧急指针：紧急指针在URG=1时才有效，它指出本报文段中的紧急数据的字节数。

  16. 选项：长度可变，最长可达40字节。

wireshark 捕获到的TCP包的每个字段 如下图所示：

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TCP 三次握手

tcp 建立连接时会有三次握手，如下图所示，抓包获取到了三次握手的三个数据包，第四个包才是 http(应用数据包)。

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TCP三次握手流程图

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TCP 四次挥手

TCP断开连接时，会有四次断开过程，如下图所示，wireshark截获到了四次断开的四个数据包。

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TCP四次挥手流程图

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TCP特点及其目的

为了通过IP数据报实现可靠性传输，需要考虑很多事情，例如数据的破坏、丢包、重复以及分片顺序混乱等问题。如不能解决这些问题，也就无从谈起可靠传输。

TCP 通过 检验和、序列号、确认应答、重发控制、连接管理 以及 窗口控制 等机制实现可靠性传输。

疑问

为什么 TIME_WAIT 状态需要2倍的MSL(Maximum segment lifetime)长度？

  1. To implement TCP’s full-duplex connection termination reliably

如 tcp四次挥手图如示，如果客户端发送的最后一个 ACK 丢掉了，那么服务端就会 restransmit the FIN. 为了接受这个超时和 retransmitted FIN, 客户端需要 TIME_WAIT 的状态；

但为什么TIME_WAIT的状态需要保持2MSL的时长呢，实际上这取决于服务器端FIN超时重传时间RTO(retransmission timeout), 一般情况下， RTO 会小于 MSL, 但是考虑掉最坏的情况， RTO is 2MSL, 所以 TIME_WAIT的状态是2MSL是为了确保最坏情况下可以接收随时间重传的FIN。

  1. To allow old duplicate segments to expire in the network

确保在这个连接中产生的数据可以从网络中消失。这里的某些人可能会有一个问题：客户端回复最后一个ACK后，感觉所有数据包都可以通过一个MSL消失。 为什么所有数据包都需要2MSL才能确保消失呢？ 原因是：

假设客户端在一个MSL时间后立即发送ACK，并且服务器在接收到ACK之前随时间开始重新传输FIN，因此如果FIN消失，则需要2MSL。

注: 虽然是解释，但仍未触及至根本的原因, 需要继续探究