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TCP是英文Transport Control Protocol的縮寫。從字面理解，就是傳輸控制協(xié)議。因此，TCP是一種控制協(xié)議，他本身不能用來傳輸數(shù)據(jù)，它需要通過網(wǎng)絡層的IP協(xié)議來進行實際數(shù)據(jù)的傳輸。這也就是我們常常看到，TCP/IP和TCP/UDP總是同時出現(xiàn)的原因。因此，也可以理解為TCP是很多的不同的協(xié)議組成，實際上是一個協(xié)議組。提供可靠的主機到主機層數(shù)據(jù)傳輸控制協(xié)議。這里要先強調(diào)一下，傳輸控制協(xié)議是OSI網(wǎng)絡的第四層的叫法，TCP傳輸控制協(xié)議是TCP/IP傳輸?shù)?個基本協(xié)議的一種。TCP是一種可靠的面向連接的傳送服務。它在
一、TCP概述
TCP是英文Transport Control Protocol的縮寫。從字面理解，就是傳輸控制協(xié)議。因此，TCP是一種控制協(xié)議，他本身不能用來傳輸數(shù)據(jù)，它需要通過網(wǎng)絡層的IP協(xié)議來進行實際數(shù)據(jù)的傳輸。這也就是我們常常看到，TCP/IP和TCP/UDP總是同時出現(xiàn)的原因。因此，也可以理解為TCP是很多的不同的協(xié)議組成，實際上是一個協(xié)議組。提供可靠的主機到主機層數(shù)據(jù)傳輸控制協(xié)議。這里要先強調(diào)一下，傳輸控制協(xié)議是OSI網(wǎng)絡的第四層的叫法，TCP傳輸控制協(xié)議是TCP/IP傳輸?shù)?個基本協(xié)議的一種。TCP是一種可靠的面向連接的傳送服務。它在傳送數(shù)據(jù)時是分段進行的，主機交換數(shù)據(jù)必須先建立一個會話。它用比特流通信，即數(shù)據(jù)被作為無結(jié)構(gòu)的字節(jié)流進行傳輸，沒有數(shù)據(jù)邊界。通過每個TCP傳輸?shù)淖侄沃付樞蛱枺垣@得可靠性。是在OSI參考模型中的第四層，TCP是使用IP的網(wǎng)間互聯(lián)功能而提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸，IP不停的把報文放到網(wǎng)絡上，而TCP是負責確信報文到達。在協(xié)同IP的操作中TCP負責：握手過程、報文管理、流量控制、錯誤檢測和處理（控制），可以根據(jù)一定的編號順序?qū)Ψ钦ｍ樞虻膱笪慕o予從新排列順序。關(guān)于TCP的RFC文檔有RFC793、RFC791、RFC1700。
二、TCP連接的建立
建立一個TCP連接，需要下面的步驟：
(1)服務器端通過listen來準備接受外來的連接，稱為被動打開(passive open)。
(2) 客戶端通過connect進行連接服務器，稱為主動打開(active open)。在這個操作中，客戶端需要發(fā)送一個同步數(shù)據(jù)報(SYN)，用來通知服務器端開始發(fā)送數(shù)據(jù)的初始序列號。通常情況下，同步數(shù)據(jù)報不攜帶數(shù)據(jù)，它只包含一個IP頭部、一個TCP頭部和本次通信所使用的TCP的選項。
(3)服務器端必須對客戶端發(fā)來的同步數(shù)據(jù)報SYN進行確認，同時自己也要發(fā)送一個同步數(shù)據(jù)報(SYN)，它包含客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)的初始序列號。服務器端對在同一連接中發(fā)送的數(shù)據(jù)初始序號和對客戶端發(fā)送的確認信息(ACK)，都放在一個數(shù)據(jù)報中，一起發(fā)送給客戶端。
(4)客戶端也必須發(fā)送確認服務器端的同步數(shù)據(jù)報(SYN)。
由上面的步驟來看，建立一個TCP連接，至少需要服務器端和客戶端進行三個分組數(shù)據(jù)的交換，因此，稱之為TCP的三路握手(three-way handshake)。
????????????客戶端???????????????????????????服務器端
????????????connect()????????????????????????accept()
????????????????????? --->?SYN?S?----->???
??????????????????????<---?SYN?C
,
ACK?S+
1
?<---??????
??????????????????????--->?ACK?C+
1
?----->
第一次進行分組數(shù)據(jù)交換的過程中，分組數(shù)據(jù)中可能包含著本次通信中可能的TCP選項。這些選項有：
(1) 最大分組(MSS)選項。TCP發(fā)送的SYN中帶有這個選項，用來告訴對方它的最大分組數(shù)據(jù)的大小MSS(Maximum Segment Size),即它能接收的每個TCP分組數(shù)據(jù)中的最大數(shù)據(jù)量。這個選項可以通過TCP_MAXSEG套接口選項獲取與設置這個TCP選項。
(2) 窗口大小選項。這是TCP能提供流量控制的主要手段。TCP連接的每一方都有固定大小的緩沖空間，TCP的接收端只允許另一端發(fā)送接收端緩沖區(qū)所能接納的數(shù)據(jù)。這將防止較快主機致使較慢主機的緩沖區(qū)溢出。TCP雙方能夠通知對方的最大窗口大小是64K(65535 bytes)，因為TCP頭部相應的標識字段值只用了16位來表示。每個套接口都有一個發(fā)送緩沖區(qū)和一個接收緩沖區(qū)，接收緩沖區(qū)被TCP和UDP用來將接收到的數(shù)據(jù)一直保存到由應用進程來讀取。對于TCP，TCP通告另一端的窗口大小。 TCP套接口接收緩沖區(qū)不可能溢出，因為對方不允許發(fā)出超過所通告窗口大小的數(shù)據(jù)。這就是TCP的流量控制，如果對方無視窗口大小而發(fā)出了超過窗口大小的數(shù)據(jù)，則接收方TCP將丟棄它；而對于UDP，當套接口接收緩沖區(qū)放不下接收到的數(shù)據(jù)報時，此數(shù)據(jù)報就被丟棄。UDP是沒有流量控制的，快的發(fā)送者可以很容易地就淹沒慢的接收者，導致接收方的UDP丟棄數(shù)據(jù)報，使數(shù)據(jù)發(fā)生丟失。
(3)時間戳選項。時間戳選項使發(fā)送方在每個報文段中放置一個時間戳值。接收方在確認中返回這個數(shù)值，從而允許發(fā)送方為每一個收到的ACK計算RTT。
三、TCP連接的終止
終止TCP連接
TCP用三個分組數(shù)據(jù)建立一個連接，但要終止一個連接則通常需要需要四個分組數(shù)據(jù)。過程如下：
(1)先調(diào)用close的進程，稱為主動關(guān)閉(active close)。這一端的TCP先發(fā)送一個FIN分組數(shù)據(jù)，告訴對方，數(shù)據(jù)發(fā)送完畢。
(2)接收到FIN分組數(shù)據(jù)的一端執(zhí)行被動關(guān)閉(passive close)，同時，發(fā)送對這個FIN的確認ACK分組數(shù)據(jù)給對方。確認序號為收到的序號加1。FIN分組數(shù)據(jù)的接收意味著在當前的連接上，再也不會收到額外的數(shù)據(jù)。
(3)接收到FIN分組數(shù)據(jù)的一端的應用進程，將調(diào)用close關(guān)閉自己的套接口，同時TCP 會發(fā)送一個FIN分組數(shù)據(jù)給另一端。
(4)收到這個FIN的分組數(shù)據(jù)，即執(zhí)行主動關(guān)閉的一端對這個FIN分組數(shù)據(jù)進行確認。發(fā)回確認ACK分組數(shù)據(jù)，并將確認序號設置為收到序號加1
在這個過程中，執(zhí)行被動關(guān)閉的一方可以把確認對方FIN分組數(shù)據(jù)的ACK分組數(shù)據(jù)和自己要發(fā)送的FIN分組數(shù)據(jù)可以放到一個分組數(shù)據(jù)中。TCP的連接終止的過程如下：
????????????客戶端???????????????????????????服務器端
????????????close()??????????????????????????close()
??????????????????????--->?FIN?S?----->???
??????????????????????<---?ACK?S+
1
?<---??????
??????????????????????<---?FIN?C???<---
??????????????????????--->?FIN?C+
1
?--->
四、TCP連的狀態(tài)?????????????????
TCP的連接的建立和終止，基本上已經(jīng)清楚了，那么在這個過程中，是如何知道這個連接正處在什么狀態(tài)呢？方法當然是有的，我們先運行如下命令，看看返回的結(jié)果：
[root@linux81?leaf]#?netstat?-an
Active?Internet?connections?(servers?and?established)
Proto?Recv-Q?Send-Q?Local?Address???????????Foreign?Address?????????State????
tcp????????0??????0?0.0.0.0:3306????????????0.0.0.0:*???????????????LISTEN????
tcp????????0??????0?0.0.0.0:139?????????????0.0.0.0:*???????????????LISTEN????
tcp????????0??????0?0.0.0.0:21??????????????0.0.0.0:*???????????????LISTEN????
tcp????????0??????0?0.0.0.0:22??????????????0.0.0.0:*???????????????LISTEN????
tcp????????0??????0?0.0.0.0:23??????????????0.0.0.0:*???????????????LISTEN????
tcp????????0??????0?192.168.253.81:139??????192.168.253.35:1201?????ESTABLISHED
tcp????????0????272?192.168.253.81:22???????192.168.253.59:1776?????ESTABLISHED
udp????????0??????0?192.168.253.81:137??????0.0.0.0:*?????????????????????????
udp????????0??????0?0.0.0.0:137?????????????0.0.0.0:*?????????????????????????
udp????????0??????0?192.168.253.81:138??????0.0.0.0:*?????????????????????????
udp????????0??????0?0.0.0.0:138?????????????0.0.0.0:*?????????????????????????
udp????????0??????0?127.0.0.1:36260?????????0.0.0.0:*??????????
在上面的返回結(jié)果中，State一列，就是說明連接的當前狀態(tài)。
TCP的連接狀態(tài)有：
(01)CLOSED??
(02)LISTEN??? 被動打開
(03)SYN_RCVD??
(04)SYN_SEND
(05)ESTABLISHED?? 數(shù)據(jù)傳送狀態(tài)
(06)CLOSE_WAIT
(07)LAST_ACK?? 被動關(guān)閉
(08)FIN_WAIT_1
(09)FIN_WAIT_2
(10)CLOSING
(11)TIME_WAIT
TCP連接狀態(tài)轉(zhuǎn)換示意圖如下所示：
??????????????????????????????+---------+?---------\??????active?OPEN
??????????????????????????????|??CLOSED?|????????????\????-----------
??????????????????????????????+---------+<---------\???\???create?TCB
????????????????????????????????|?????^??????????????\???\??snd?SYN??
???????????????????passive?OPEN?|?????|???CLOSE????????\???\?????????
???????????????????------------?|?????|?----------???????\???\???????
????????????????????create?TCB??|?????|?delete?TCB?????????\???\?????
????????????????????????????????V?????|??????????????????????\???\???
??????????????????????????????+---------+????????????CLOSE????|????\?
??????????????????????????????|??LISTEN?|??????????----------?|?????|
??????????????????????????????+---------+??????????delete?TCB?|?????|
???????????????????rcv?SYN??????|?????|?????SEND??????????????|?????|
??????????????????-----------???|?????|????-------????????????|?????V
+---------+??????snd?SYN,ACK??/???????\???snd?SYN??????????+---------+
|?????????|<-----------------???????????------------------>|?????????|
|???SYN???|????????????????????rcv?SYN?????????????????????|???SYN???|
|???RCVD??|<-----------------------------------------------|???SENT??|
|?????????|????????????????????snd?ACK?????????????????????|?????????|
|?????????|------------------???????????-------------------|?????????|
+---------+???rcv?ACK?of?SYN??\???????/??rcv?SYN,ACK???????+---------+
???|???????????--------------???|?????|???-----------????????????????
???|??????????????????x?????????|?????|?????snd?ACK??????????????????
???|????????????????????????????V?????V??????????????????????????????
???|??CLOSE???????????????????+---------+????????????????????????????
???|?-------??????????????????|??ESTAB??|????????????????????????????
???|?snd?FIN??????????????????+---------+????????????????????????????
???|???????????????????CLOSE????|?????|????rcv?FIN???????????????????
???V??????????????????-------???|?????|????-------???????????????????
+---------+??????????snd?FIN??/???????\???snd?ACK??????????+---------+
|??FIN????|<-----------------???????????------------------>|??CLOSE??|
|?WAIT-1??|------------------??????????????????????????????|???WAIT??|
+---------+??????????rcv?FIN??\????????????????????????????+---------+
???|?rcv?ACK?of?FIN???-------???|????????????????????????????CLOSE??|
???|?--------------???snd?ACK???|???????????????????????????-------?|
???V????????x???????????????????V???????????????????????????snd?FIN?V
+---------+??????????????????+---------+???????????????????+---------+
|FINWAIT-2|??????????????????|?CLOSING?|???????????????????|?LAST-ACK|
+---------+??????????????????+---------+???????????????????+---------+
???|????????????????rcv?ACK?of?FIN?|?????????????????rcv?ACK?of?FIN?|
???|??rcv?FIN???????--------------?|????Timeout=2MSL?--------------?|
???|??-------??????????????x???????V????------------????????x???????V
????\?snd?ACK?????????????????+---------+delete?TCB?????????+---------+
?????------------------------>|TIME?WAIT|------------------>|?CLOSED??|
??????????????????????????????+---------+???????????????????+---------+
????????????????????? TCP Connection State Diagram
從上面的圖表中，可以做出如下總結(jié)：
服務器端的正常狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程如下：
? CLOSED --> LISTEN --> SYN_RCVD --> ESTABLISHED --> CLOSE_WAIT --> LAST_ACK --> CLOSED
客戶端的正常狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程如下：
CLOSED --> SYN_SENT --> ESTABLISHED --> FIN_WAIT_1 --> FIN_WAIT_2 --> TIME_WAIT --> CLOSED
從上面的連接狀態(tài)轉(zhuǎn)換中可以看出，從ESTABLISHED狀態(tài)的轉(zhuǎn)換有兩種，對于客戶端和服務器端來說，是一樣的，即當收到FIN數(shù)據(jù)報之前，主動關(guān)閉，則轉(zhuǎn)換成FIN_WAIT_1；如果因為收到FIN數(shù)據(jù)報，而引起的被動關(guān)閉，則轉(zhuǎn)換成CLOSE_WAIT狀態(tài)。