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TCP 协议概述

2017年6月16日 发表评论 阅读评论

TCP(TRANSMISSION CONTROL PROTOCOL,即传输控制协议)

是当今网络中使用得最为广泛的协议。与 UDP不同,TCP 提供了一种 面向连接(connection-oriented) 的、可靠的字节流服务。”面向连接”,是指使用 TCP 的两个应用程序 必须在它们可以交换数据之前,通过相互联系建立起一个 TCP 连接。建立起连接的两端称为两个 端点(endpoint) 。因为 TCP 是面向连接的,所以像广播和组播这样的概念在 TCP 中是不存在的。 TCP 提供了流的概念,应用程序可以将任意大小的数据交给 TCP而不用关心如何发送。如,一个应用程序在一端先后写入 10 个字节、20个字节、50个字节的数据,连接的另一端的应用程序是不需要关心这个过程的,应用程序可以选择自己读取数据流的大小,如一次读20字段分4次读取,也可以一次读入80个字节。

一个 TCP 块包含了 TCP头和应用程序数据,称之为 报文段(segment) 。TCP 是依赖于 IP 协议的,TCP 必须将报文段转换成一个 IP 可以携带的分组,这被称为一个 组包(packetizition)

 

如图,显示了 TCP 在 IP 数据报中的封装,以及 TCP 头部的结构。其中,着色部分用于与该报文的发送方关联的相反方向上的数据流。

  • 端口号 每个TCP 头包含了源和目标的端口号,这两个值与IP头部的源和目标IP地址一起组成了唯一标识。一个IP与一个端口的组合被你为一个 端点(endpoint) 或一个 套接字(Socket) ,每一个TCP连接由一对套接字唯一标识。
  • 序列号 字段标识了TCP发送端到接收端的数据流的字节数,代表着该报文段的数据中的第一个字节。它是一个32位无符号数,到达 232-1后再循环到0. 使用序列号,TCP的接收端可以丢弃重复的报文,并归整以杂乱次序到达的报文。TCP接收到报文的顺序是不可控的,然而TCP是一种流协议,它不能向程序程序提供顺序错乱的数据,因此,TCP接收端在向上层提供数据时,会等待较小序列号的报文,并对报文进行排序。
  • 确认号 可以认为,TCP 发送的数据的每一个字节都已被编号。当TCP接收到另一端发送的数据时,它会发送一个确认。但这个确认可能不会立即发出。当接收方向发送方确认接收时,确认号表示发送言期望收到的下一个报文的序列号。所以确认号应该为 序列号 + 收到的数据的字节数据 + 1 。确认号字段只有在ACK字段启用后才有效。TCP使用确认是积累的,可以认为,一个确认号 N 表示 N-1 个字节已经被成功接收。
  • 头部长度 字段给出了头部的长度,以32位字为单位。该字段只有4位,那么它能表示的最大头部长度为 60 字节。((2^{4}-1) * 32 / 8)。即一个TCP报文的头部长度的范围为 20 ~ 60 字节。
  • 窗口大小 字段用来控制流量。该字段以字节为单位,因为它是 16 位的,故限制了窗口大小为 65535 字节,从而限制了 TCP 的吞吐性能。
  • TCP校验和 字段由发送方计算和保存,由接收方校验。它用于检测传送过程中的比特差错。如果一个报文的校验和无效,那么TCP会丢弃它而不会返回任何确认信息。然而TCP可能会对一个已经确认过的报文再次确认,以帮助发送方计算它的拥塞控制。
  • 紧急指针 字段只有在URG字段设置时才有效。它表示从报文的序列号开始的一个 正偏移 ,用以产生紧急数据的字段一个字段的序列号。
  • 选项 是可变的。最常见的选项是 “最大段大小” 选项(MSS),连接的每一个端点一般在它发送的第一个报文上指定该选项(即设置SYN位字段的那个报文),指定该选项的发送者在相反方向上希望接收到的报文段的最大值。
  • 标识位
    • CWR: 拥塞窗口减(发送方降低它的发送速率)
    • ECE: ECN 回显(发送方接收到了一个更早的拥塞报告)
    • URG: 紧急(紧急指针字段有效)
    • ACK: 确认(确认号字段有效)
    • PSH: 推送(接收方应该尽快给应用程序传送这个数据 —然而没有被可靠实现或用到)
    • RST: 重置连接(连接取消,经常是因为错误)
    • SYN: 用于初始化一个连接的同步序列号
    • FIN: 结束向对方发送数据

当TCP发送一组报文段时,通常会设置一个重传计时器,等待对方确认接收。当对方的确认报文到达时,该计时器会被更新,如果确认没有及时到达,这个报文就会被重传。 TCP提供了一种可靠、面向连接、字节流、传输层的服务。在接下来,我们将对TCP的细节进行研究。

 

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