TCP:因性恶而复杂，先恶后善反轻松

TCP协议之所以复杂，是因为他认为网络环境是恶劣的，丢包、乱序、重传、拥塞都是常有的事，发出的数据很可能到达不了目标设备，因此需要从算法层面保证其可靠性。

TCP包头格式

TCP包头格式.jpg

源端口和目标端口：保证数据发送给特定的应用。

包的序号：解决乱序问题。

确认序号：解决丢包问题，发送出去的数据一定要有确认，否则应该重新发送直到送达。

状态位：SYN表示发起连接，ACK表示回复，RST是重连，FIN是结束连接。TCP是面向连接的，因此双方会维护连接状态，带有状态为包的发送会引起双方状态的变更。

窗口大小：流量控制，通信双方各声明窗口标识当前处理能力，进而控制发送频率保持在合理范围。拥塞控制：即提出要求又不强人所难。

因此：
顺序问题，稳重不乱；丢包问题，承诺靠谱；连接维护，有始有终；流量控制，把握分寸；拥塞控制，知进知退。

TCP的连接维护

TCP建立连接：三次握手

A: Hello, this is A!

B: Hello, this is B!

A: Hello, B!

通常成为“请求---->应答---->应答之应答”三个回合。

假设网络通路是不可靠的，A发起连接，当第一个请求没有收到回复的时候可能发生：丢包、超时、B没有响应不想建立连接。此时A无法确认结果，于是重发。

终于B收到了A发送的包，但是包到达B这件事A并不知道。A可能继续重发。

B知道A想建立连接，如果B不愿意建立，那么A重试一段时间后放弃，连接建立失败，没有问题。如果B愿意建立连接，则会发送应打包给A。

这个应答包能不能到达A，B一无所知。那么B自然不能认为这个连接建立好了。特殊情况，假设B认为连接成功建立，B收到了A在重试过程中发送的请求包，会误认为是正常的请求，明显不合情理。因此两次握手肯定不行。

B的应答包也会发送多次，但只要有一次到达A，A就认为连接建立，因为A发出的信息有去有回。对于B来说，发出的消息只有收到回复才能确定连接建立，因此需要A发送确认包给B。

因此至少需要三次握手。

三次握手除了建立连接之外，还沟通了一件事情：TCP包的序列问题。A要告知B我发送的包要从那个序列号开始，B同样需要告知A我发的包要从那个序列号开始。每个连接都要有不同的序列号，序列号随时间变化而变化，可以看成是32位计数器，每间隔4ms加1.

TCP三次握手时序图.jpg

TCP四次回收

A: Hello, I will exit.

B: Got it.

B: Hello, I will exit, too.

A: Ok, ByeBye!

TCP四次挥手时序.jpg

A发送即将退出后进入FIN-WAIT-1状态，B收到之后发送给A”知道了“之后进入CLOSE-WAIT状态。

A收到B的回复，进入FIN-WAIt-2状态；此时如果B跑路，A会一直停留在这个状态。

B处理玩自己的事情，发送给A我也要跑路了，A收到之后会给B一个回复表示收到。按说B可以直接跑路了，但是假如B收不到回复的确认信号，会重发给A告知我也要跑路了，如果A直接走了，B就永远也收不到ACK了。因此TCP协议要求A最后等待一段时间TIME-WAIT,这个时间足够长，足以收到B重发的包并回复ACK信号。

A直接跑路还可能存在问题：A的端口空闲并被其他应用占用，那么这个应用汇收到B发过来的包。为了双重保险，要求A等待足够长的时间进而保证B发送的包都消失，再空出端口。等待时间设置为2MSL(Maximum Segment Lifetime,报文最大生存时间)，协议规定为2分钟，常用30秒、1分钟、2分钟。

如果B超过了2MSL时间还没有收到ACK，则会重发，会继续发FIN,A收到后表示我已经等了足够长的时间了，你发给我我也不认了，会发送给RST给B，B就知道A已经退出了。

TCP状态机

TCP状态机.jpg

小结

主要关注顺序问题、丢包问题、连接维护、流量控制、拥塞控制。
连接的建立三次握手断开四次挥手。