网络通信协议八之（传输层）TCP协议详解

传输层协议

分段是为了提高传输效率，封装是指给每个数据段添加一个编号

端到端的传输是逻辑上的端到端，并不是真正意义上的发送方某层与接收方某层之间的传输

IP协议只是保证数据报文发送到目的地，为主机之间提供逻辑通信；而传输层协议保证主机A的进程能够顺利对接主机B相应的进程，为应用进程之间提供端到端的逻辑通信

两台主机进程间通信条件：

两台主机（IP地址定义）

本地进程（端口定义）

远程主机（IP地址定义）

远程进程（端口定义）

IP层主提供IP地址，起到路由寻址的作用，把数据根据IP层的机制送到目的端，但是到了目的端，还要靠进程（端口）找到对应的进程；所以如果只是两台主机的通信条件，就不需要端口了，只要IP地址就够了

端口范围：

　　》》熟知端口:0-1023，由ICANN指派和控制

　　》》注册端口:1024-49151，IANA不指派也不控制，但需要注册

　　》》动态端口：49152-65535，IANA不指派也不控制，也不需要注册

总结：1、由应用程序产生应用进程，由应用进程产生相应的进程端口号，由端口号提供相应的服务

还有一个需要知道，传输层的分用和复用

传输层协议和网络层协议的主要区别：

IP协议的作用范围是提供主机之间的逻辑通信

TCP和UDP协议的作用范围是提供进程之间的逻辑通信

TCP发送缓存、接收缓存及报文段详解

TCP协议的特点

面向连接

　　》通讯双方交换数据之前必须建立连接

可靠的

　　》多种确保可靠性的机制

字节流服务

　　》8bit(1Byte)为最小单位构成的字节流

注意上面两个图的区别，其实并不是以字节流的形式传输的，而是报文

缓存机制可以提高保证数据传输的流畅性，防止两边因数据处理能力不同而造成的数据丢失等

从图中可以看出，白色部分也就是要写入的字节部分越多越好，而灰色未发送部分越少越好

总结：

2.TCP发送进程以字节流的形式传递数据，而接收进程也把数据作为字节流，类似于假想的管道

3.UDP发送进程发送的数据报文都是独立的，因此UDP不是面向流的协议

4.缓存：数据流向的每一个方向上都有两种缓存，发送缓存和接收缓存

5.在传输层向IP层发送数据时，要以分组为单位，而不是按字节流发送，TCP协议把若干字节构成一个分组，我们可以把这样的分组成为报文段（segement），这种报文段并不一定都一样长可以几个字节，也可以是几千

字节号和序号详解

6.字节号：

以字节为单位，字节号的定义范围为：0~（2^32-1）

编号机制：随即

举例：加入随机号正好是1057，而要发送6000个字节，那么字节编号范围是1057-7056

7.序号：

以字节为基础，TCP给每一个报文指派一个序号，每个报文段的序号就是在这个报文段中第一个字节数据的序号

举例：

比如TCP要传输6000个字节的文件。第一个字节的编号是10001，如果数据有5个报文段发送，前4个报文段各携带1000字节的数据，最后一个报文段携带2000字节的数据

　　报文段1 ->序号：10001（字节号范围：10001~11000）

　　报文段1 ->序号：11001（字节号范围：11001~12000）

　　报文段1 ->序号：12001（字节号范围：12001~13000）

　　报文段1 ->序号：13001（字节号范围：13001~14000）

　　报文段1 ->序号：14001（字节号范围：14001~16000）

报文段格式

源端口和目的端口字段——各占 2 字节。端口是运输层与应用层的服务接口。运
输层的复用和分用功能都要通过端口才能实现。

序号字段——占 4 字节。 TCP 连接中传送的数据流中的每一个字节都编上一个序
号。序号字段的值则指的是本报文段所发送的数据的第一个字节的序号。

确认号字段——占 4 字节，是期望收到对方的下一个报文段的数据的第一个字节的序号

首部长度——占 4 bit，它指出 TCP 首部共有多少个4字节，首部长度可以在20~60字节之间
。因此，这个字段值可以在5（5X4=20）至15（15X5=60）之间

保留字段——占 6 bit，保留为今后使用，但目前应置为 0

紧急比特 URG —— 当 URG  1 时，表明紧急指针字段有效。它告诉系统此报
文段中有紧急数据，应尽快传送(相当于高优先级的数据)。

确认比特 ACK —— 只有当 ACK  1 时确认号字段才有效。当 ACK  0 时，确认号无效

推送比特 PSH (PuSH) —— 接收 TCP 收到推送比特置 1 的报文段，就尽快地交付
给接收应用进程，而不再等到整个缓存都填满了后再向上交付

复位比特 RST (ReSeT) —— 当 RST  1 时，表明 TCP 连接中出现严重差错（如由于
主机崩溃或其他原因），必须释放连接，然后再重新建立运输连接。

　　>>三种置1的情况

　　1.拒绝连接请求
　　2.异常的中止连接
　　3.中止空闲的连接

同步比特 SYN —— 同步比特 SYN 置为 1，就表示这是一个连接请求或连接接受报文

终止比特 FIN (FINal) —— 用来释放一个连接。当FIN  1 时，表明此报文段的发
送端的数据已发送完毕，并要求释放运输连接。

窗口字段 —— 占 2 字节。窗口字段用来控制对方发送的数据量，单位为字节。 TCP 连接的一端根
据设置的缓存空间大小确定自己的接收窗口大小，然后通知对方以确定对方的发送窗口的上限。

检验和 —— 占 2 字节。检验和字段检验的范围包括首部和数据这两部分。在计
算检验和时，要在 TCP 报文段的前面加上 12 字节的伪首部。

紧急指针字段 —— 占 16 bit。紧急指针指出在本报文段中的紧急数据的最后一个
字节的序号。

选项字段 —— 长度可变。 TCP 只规定了一种选项，即最大报文段长度 MSS
(Maximum Segment Size)。 MSS 告诉对方 TCP： “我的缓存所能接收的报文段
的数据字段的最大长度是 MSS 个字节。

填充字段 —— 这是为了使整个首部长度是 4 字节的整数倍

8.MSS：Maximum Segment Size，最大报文段长度(数据字段)

MTU：Maximum Transmission Unit:最大传输单元

MSS = MTU-20Byte(IP首部)-20Byte(TCP)

三次握手：

客户端随机发送一个SYN,SEQ=x连接请求（Synchronize），此时服务器处于监听状态

服务器收到请求后，向客户端发送确认信息，SYN+ACK（acknowledge），SEQ=y(随机的)，ACK=x+1

客户端收到确认消息后，向服务器发送确认信息，ACK=y+1，SEQ=x+1

四次挥手

TCP确认机制

TCP窗口机制