TCP是什么?

TCP(Transmission Control Protocol 傳輸控制協議)是一種面向連接(連接導向)的、可靠的、 基于IP的傳輸層協議。TCP在IP報文的協議號是6。TCP是一個超級麻煩的協議，而它又是互聯網的基礎，也是每個程序員必備的基本功。首先來看看OSI的七層模型:

 

 

 

 

我們需要知道TCP工作在網絡OSI的七層模型中的第四層——Transport層，IP在第三層——Network層，ARP 在第二層——Data Link層;在第二層上的數據，我們把它叫Frame，在第三層上的數據叫Packet，第四層的數 據叫Segment。 同時，我們需要簡單的知道，數據從應用層發下來，會在每一層都會加上頭部信息，進行 封裝，然后再發送到數據接收端。這個基本的流程你需要知道，就是每個數據都會經過數據的封裝和解封 裝的過程。 在OSI七層模型中，每一層的作用和對應的協議如下：

 

 

 

TCP是一個協議，那這個協議是如何定義的，它的數據格式是什么樣子的呢?要進行更深層次的剖析，就 需要了解，甚至是熟記TCP協議中每個字段的含義。哦，來吧。

 

 

上面就是TCP協議頭部的格式，由于它太重要了，是理解其它內容的基礎，下面就將每個字段的信息都詳 細的說明一下。

Source Port和Destination Port:分別占用16位，表示源端口號和目的端口號;用于區別主機中的不同進程， 而IP地址是用來區分不同的主機的，源端口號和目的端口號配合上IP首部中的源IP地址和目的IP地址就能唯一 的確定一個TCP連接;

Sequence Number:用來標識從TCP發端向TCP收端發送的數據字節流，它表示在這個報文段中的的***個數據 字節在數據流中的序號;主要用來解決網絡報亂序的問題;

Acknowledgment Number:32位確認序列號包含發送確認的一端所期望收到的下一個序號，因此，確認序號應 當是上次已成功收到數據字節序號加1。不過，只有當標志位中的ACK標志(下面介紹)為1時該確認序列號的字 段才有效。主要用來解決不丟包的問題;

Offset:給出首部中32 bit字的數目，需要這個值是因為任選字段的長度是可變的。這個字段占4bit(最多能 表示15個32bit的的字，即4*15=60個字節的首部長度)，因此TCP最多有60字節的首部。然而，沒有任選字段， 正常的長度是20字節;

TCP Flags:TCP首部中有6個標志比特，它們中的多個可同時被設置為1，主要是用于操控TCP的狀態機的，依次 為URG，ACK，PSH，RST，SYN，FIN。每個標志位的意思如下：

URG：此標志表示TCP包的緊急指針域(后面馬上就要說到)有效，用來保證TCP連接不被中斷，并且督促 中間層設備要盡快處理這些數據;

ACK：此標志表示應答域有效，就是說前面所說的TCP應答號將會包含在TCP數據包中;有兩個取值：0和1， 為1的時候表示應答域有效，反之為0;

PSH：這個標志位表示Push操作。所謂Push操作就是指在數據包到達接收端以后，立即傳送給應用程序， 而不是在緩沖區中排隊;

RST：這個標志表示連接復位請求。用來復位那些產生錯誤的連接，也被用來拒絕錯誤和非法的數據包;

SYN：表示同步序號，用來建立連接。SYN標志位和ACK標志位搭配使用，當連接請求的時候，SYN=1， ACK=0;連接被響應的時候，SYN=1，ACK=1;這個標志的數據包經常被用來進行端口掃描。掃描者發送 一個只有SYN的數據包，如果對方主機響應了一個數據包回來 ，就表明這臺主機存在這個端口;但是由于這 種掃描方式只是進行TCP三次握手的***次握手，因此這種掃描的成功表示被掃描的機器不很安全，一臺安全 的主機將會強制要求一個連接嚴格的進行TCP的三次握手;

FIN： 表示發送端已經達到數據末尾，也就是說雙方的數據傳送完成，沒有數據可以傳送了，發送FIN標志 位的TCP數據包后，連接將被斷開。這個標志的數據包也經常被用于進行端口掃描。

Window:窗口大小，也就是有名的滑動窗口，用來進行流量控制;這是一個復雜的問題，這篇博文中并不會進行 總結的;

好了，基本知識都已經準備好了，開始下一段的征程吧。#p#

三次握手又是什么?

TCP是面向連接的，無論哪一方向另一方發送數據之前，都必須先在雙方之間建立一條連接。在TCP/IP協議中，TCP 協議提供可靠的連接服務，連接是通過三次握手進行初始化的。三次握手的目的是同步連接雙方的序列號和確認號 并交換 TCP窗口大小信息。這就是面試中經常會被問到的TCP三次握手。只是了解TCP三次握手的 概念，對你獲得一份工作是沒有任何幫助的，你需要去了解TCP三次握手中的一些細節。先來看圖說話。

 

 

 

多么清晰的一張圖，當然了，也不是我畫的，我也只是引用過來說明問題了。

1.***次握手：建立連接。客戶端發送連接請求報文段，將SYN位置為1，Sequence Number為x;然后，客戶端進入SYN_SEND狀態，等待服務器的確認;

2.第二次握手：服務器收到SYN報文段。服務器收到客戶端的SYN報文段，需要對這個SYN報文段進行確認，設置Acknowledgment Number為x+1(Sequence Number+1);同時，自己自己還要發送SYN請求信息，將SYN位置為1，Sequence Number為y;服務器端將上述所有信息放到一個報文段(即SYN+ACK報文段)中，一并發送給客戶端，此時服務器進入SYN_RECV狀態;

3.第三次握手：客戶端收到服務器的SYN+ACK報文段。然后將Acknowledgment Number設置為y+1，向服務器發送ACK報文段，這個報文段發送完畢以后，客戶端和服務器端都進入ESTABLISHED狀態，完成TCP三次握手。

完成了三次握手，客戶端和服務器端就可以開始傳送數據。以上就是TCP三次握手的總體介紹。

那四次分手呢?

當客戶端和服務器通過三次握手建立了TCP連接以后，當數據傳送完畢，肯定是要斷開TCP連接的啊。那對于TCP的斷開連接，這里就有了神秘的“四次分手”。

1.***次分手：主機1(可以使客戶端，也可以是服務器端)，設置Sequence Number和Acknowledgment Number，向主機2發送一個FIN報文段;此時，主機1進入FIN_WAIT_1狀態;這表示主機1沒有數據要發送給主機2了;

2.第二次分手：主機2收到了主機1發送的FIN報文段，向主機1回一個ACK報文段，Acknowledgment Number為Sequence Number加1;主機1進入FIN_WAIT_2狀態;主機2告訴主機1，我也沒有數據要發送了，可以進行關閉連接了;

3.第三次分手：主機2向主機1發送FIN報文段，請求關閉連接，同時主機2進入CLOSE_WAIT狀態;

4.第四次分手：主機1收到主機2發送的FIN報文段，向主機2發送ACK報文段，然后主機1進入TIME_WAIT狀態;主機2收到主機1的ACK報文段以后，就關閉連接;此時，主機1等待2MSL后依然沒有收到回復，則證明Server端已正常關閉，那好，主機1也可以關閉連接了。

至此，TCP的四次分手就這么愉快的完成了。當你看到這里，你的腦子里會有很多的疑問，很多的不懂，感覺很凌亂;沒事，我們繼續總結。

為什么要三次握手?

既然總結了TCP的三次握手，那為什么非要三次呢?怎么覺得兩次就可以完成了。那TCP為什么非要進行三次連接呢?在謝希仁的《計算機網絡》中是這樣說的：

為了防止已失效的連接請求報文段突然又傳送到了服務端，因而產生錯誤。

在書中同時舉了一個例子，如下：

"已失效的連接請求報文段”的產生在這樣一種情況下：client發出的***個連接請求報文段并沒有丟失，

而是在某個網絡結點長時間的滯留了，以致延誤到連接釋放以后的某個時間才到達server。本來這是一

個早已失效的報文段。但server收到此失效的連接請求報文段后，就誤認為是client再次發出的一個新

的連接請求。于是就向client發出確認報文段，同意建立連接。假設不采用“三次握手”，那么只要server

發出確認，新的連接就建立了。由于現在client并沒有發出建立連接的請求，因此不會理睬server的確認，

也不會向server發送數據。但server卻以為新的運輸連接已經建立，并一直等待client發來數據。這樣，

server的很多資源就白白浪費掉了。采用“三次握手”的辦法可以防止上述現象發生。例如剛才那種情況，

client不會向server的確認發出確認。server由于收不到確認，就知道client并沒有要求建立連接。"

這就很明白了，防止了服務器端的一直等待而浪費資源。

為什么要四次分手?

那四次分手又是為何呢?TCP協議是一種面向連接的、可靠的、基于字節流的運輸層通信協議。TCP是全雙工 模式，這就意味著，當主機1發出FIN報文段時，只是表示主機1已經沒有數據要發送了，主機1告訴主機2， 它的數據已經全部發送完畢了;但是，這個時候主機1還是可以接受來自主機2的數據;當主機2返回ACK報文 段時，表示它已經知道主機1沒有數據發送了，但是主機2還是可以發送數據到主機1的;當主機2也發送了FIN 報文段時，這個時候就表示主機2也沒有數據要發送了，就會告訴主機1，我也沒有數據要發送了，之后彼此 就會愉快的中斷這次TCP連接。如果要正確的理解四次分手的原理，就需要了解四次分手過程中的狀態變化。

FIN_WAIT_1: 這個狀態要好好解釋一下，其實FIN_WAIT_1和FIN_WAIT_2狀態的真正含義都是表示等 待對方的FIN報文。而這兩種狀態的區別是：FIN_WAIT_1狀態實際上是當SOCKET在ESTABLISHED狀態時， 它想主動關閉連接，向對方發送了FIN報文，此時該SOCKET即進入到FIN_WAIT_1狀態。而當對方回應ACK報 文后，則進入到FIN_WAIT_2狀態，當然在實際的正常情況下，無論對方何種情況下，都應該馬上回應ACK 報文，所以FIN_WAIT_1狀態一般是比較難見到的，而FIN_WAIT_2狀態還有時常常可以用netstat看到。 (主動方)

FIN_WAIT_2：上面已經詳細解釋了這種狀態，實際上FIN_WAIT_2狀態下的SOCKET，表示半連接，也即 有一方要求close連接，但另外還告訴對方，我暫時還有點數據需要傳送給你(ACK信息)，稍后再關閉連接。 (主動方)

CLOSE_WAIT：這種狀態的含義其實是表示在等待關閉。怎么理解呢?當對方close一個SOCKET后發送FIN 報文給自己，你系統毫無疑問地會回應一個ACK報文給對方，此時則進入到CLOSE_WAIT狀態。接下來呢，實 際上你真正需要考慮的事情是察看你是否還有數據發送給對方，如果沒有的話，那么你也就可以 close這個 SOCKET，發送FIN報文給對方，也即關閉連接。所以你在CLOSE_WAIT狀態下，需要完成的事情是等待你去關 閉連接。(被動方)

LAST_ACK: 這個狀態還是比較容易好理解的，它是被動關閉一方在發送FIN報文后，***等待對方的ACK報 文。當收到ACK報文后，也即可以進入到CLOSED可用狀態了。(被動方)

TIME_WAIT: 表示收到了對方的FIN報文，并發送出了ACK報文，就等2MSL后即可回到CLOSED可用狀態了。 如果FINWAIT1狀態下，收到了對方同時帶FIN標志和ACK標志的報文時，可以直接進入到TIME_WAIT狀態，而無 須經過FIN_WAIT_2狀態。(主動方)

CLOSED: 表示連接中斷。

我想你應該懂了

總結到這里，也該結束了，但是對于TCP的學習遠還沒有結束。TCP是一個非常復雜的協議，這里稍微總結了一 下TCP的連接與斷開連接是發生的事情，其中還有很多的“坑”，讓我們后續有時間再繼續填吧。好了，完畢!