一.TCP简介

1、TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的通信协议，数据在传输前要建立连接，传输完毕后还要断开连接。
2、客户端在收发数据前要使用 connect() 函数和服务器建立连接。建立连接的目的是保证IP地址、端口、物理链路等正确无误，为数据的传输开辟通道。
3、TCP建立连接时要传输三个数据包，俗称三次握手（Three-way Handshaking）

二.TCP数据报结构

①序号：Seq（Sequence Number）序号占32位，用来标识从计算机A发送到计算机B的数据包的序号，计算机发送数据时对此进行标记。
②确认号：Ack（Acknowledge Number）确认号占32位，客户端和服务器端都可以发送，Ack = Seq + 1。
③标志位：每个标志位占用1Bit，共有6个，分别为 URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN，具体含义如下：

URG：紧急指针（urgent pointer）有效。
ACK：确认序号有效。
PSH：接收方应该尽快将这个报文交给应用层。
RST：重置连接。
SYN：建立一个新连接。
FIN：断开一个连接。

三.TCP的三次握手

过程描述

①首先 Client 端发送连接请求报文

②Server 段接受连接后回复 ACK 报文，并为这次连接分配资源。

③Client 端接收到 ACK 报文后也向 Server 段发生 ACK 报文，并分配资源，这样 TCP 连接就建立了。

用川航举例子

①四川8633请求建立连接(SYN)，并且发送出序号。
②服务端接受到信号，即有确认号（ACK）,此时并同样返回请求序号Seq
③客户端接受到信号，即有确认号（ACK），连接已经建立。


小结：三次握手的关键是要确认对方收到了自己的数据包，这个目标就是通过“确认号（Ack）”字段实现的。计算机会记录下自己发送的数据包序号Seq，待收到对方的数据包后，检测“确认号（Ack）”字段，看Ack = Seq + 1是否成立，如果成立说明对方正确收到了自己的数据包。

如果只有两次握手 这个时候客户端没有回应，这样会浪费服务端的资源

那你是否思考过为什么需要第三次通信 ？

1、在第一次通信过程中，A向B发送信息之后，B收到信息后可以确认自己的收信能力和A的发信能力没有问题。

2、在第二次通信中，B向A发送信息之后，A可以确认自己的发信能力和B的收信能力没有问题，但是B不知道自己的发信能力到底如何，所以就需要第三次通信。

3、在第三次通信中，A向B发送信息之后，B就可以确认自己的发信能力没有问题。

4、 小结：3次握手完成两个重要的功能，既要双方做好发送数据的准备工作(双方都知道彼此已准备好)，也要允许双方就初始序列号进行协商，这个序列号在握手过程中被发送和确认。

四.TCP的四次挥手

建立连接非常重要，它是数据正确传输的前提；断开连接同样重要，它让计算机释放不再使用的资源。如果连接不能正常断开，不仅会造成数据传输错误，还会导致套接字不能关闭，持续占用资源，如果并发量高，服务器压力堪忧。

//过程描述

  • A：“任务处理完毕，我希望断开连接。”
  • B：“哦，是吗？请稍等，我准备一下。”
  • 等待片刻后……
  • B：“我准备好了，可以断开连接了。”
  • A：“好的，谢谢合作。”

川航图举例

  • ①服务端申请断开连接即FIN，发送Seq+Ack
  • ②客户端接收信息返回，表示我已经接收到
  • ③客户端发送信息表示可以断开连接
  • ④服务端接受信息，返回数据表示已接受信息

数据传输完毕后，双方都可释放连接。最开始的时候，客户端和服务器都是处于ESTABLISHED状态，然后客户端主动关闭，服务器被动关闭。

为什么连接的时候是三次握手，关闭的时候却是四次握手？

  • ①因为当Server端收到Client端的SYN连接请求报文后，可以直接发送SYN+ACK报文。其中ACK报文是用来应答的，SYN报文是用来同步的。
  • ②但是关闭连接时，当Server端收到FIN报文时，很可能并不会立即关闭SOCKET，所以只能先回复一个ACK报文，告诉Client端，“你发的FIN报文我收到了”。
  • ③只有等到我Server端所有的报文都发送完了，我才能发送FIN报文，因此不能一起发送。故需要四步握手。

补充问题

  • TCP的三次握手一定能保证传输可靠吗？不能
  • 三次握手比两次更可靠，但也不是完全可靠，而追加更多次握手也不能使连接更可靠了。因此选择了三次握手。
  • 世界上不存在完全可靠的通信协议。从通信时间成本空间成本以及可靠度来讲，选择了“三次握手”作为点对点通信的一般规则。