TCP协议 - 2020

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一：基本概念
    1.1 TCP介绍
    1.2 TCP的首部
二：TCP连接的建立和终止
    2.1 TCP连接的建立：三次握手
    2.2 TCP连接的终止：四次挥手
    2.3 TCP状态转换图
    2.4 TCP三次握手四次挥手+状态转换
    2.5 常见问题

一：基本概念

TCP数据在IP数据报中的封装

TCP包首部

当一个连接被建立或被终止时，交换的报文段只包含TCP头部，而没有数据。

TCP的三路握手

被动打开：服务器通过调用socket，bind，listen准备好接受外来的连接。
主动打开：客户端通过调用connect发起主动打开。

这导致客户端TCP发送一个SYN，告知服务端在待建立的连接中发送的数据初始序列号。

通常SYN分节并不携带数据，其所在的IP数据报只含有一个IP首部，一个TCP首部以及可能有的TCP选项。TCP选项：（1）MSS，每个TCP分节中最大数据量。（2）窗口大小
服务器必须确认ACK客户的SYN，同时自己也要发送一个SYN分节，它含有服务器将在同一连接中发送的数据的初始序列号。
客户必须确认服务端的SYN。

TCP连接关闭时的分组交换

主动关闭：某个应用进程首先调用close，执行主动关闭。
该端的TCP于是发送一个FIN分节，表示数据发送完毕。
被动关闭：收到这个FIN的对端执行被动关闭。这个FIN由TCP确认。
FIN的接受也作为一个文件描述符传递给接收端应用进程（放在已排队等候该应用进程接受的任何其他数据之后），因为FIN的接收一位置接收端在相应连接上再无额外数据可以接收。
一段时间后，接收到这个文件结束符的进程将调用close关闭它的套接字，这导致它的TCP也会发送一个FIN。
接收这个最终FIN的原发送端TCP确认这个FIN。

TCP连接终止通常需要4次挥手，每个方向都需要一个FIN和一个ACK。
某些情况下步骤1的FIN随数据一起发送，某些情况下步骤2和步骤3有可能被合并成一个分节。

TCP状态转换下图所示，
虚线表示服务器的正常状态转换，实线表示客户端的正常状态转换。对于同时打开和关闭的转换未标示。

TCP状态转换图

CLOSE_WAIT：协议层等待上层的应用，主动调用close后才主动关闭这条连接。
TIME_WAIT：等待2MSL原因？
- 考虑主动关闭->被动关闭一方的ACK丢失，被动关闭一方需要重发FIN，因此主动关闭一方需要维护状态信息，以允许它重发最终的ACK。（否则发RST，结果server认为发生错误，需要安全的全双工关闭）
- 允许老的重复分节在网络中消逝，避免旧连接数据报干扰新连接，2MSL保证两个方向上的数据报被丢弃。
MSL（maximum segment lifetime）：任何IP数据报在因特网中存活的最长时间。
TTL（Time to live）：IP数据报的跳数限制。
TTL与MSL是有关系的但不是简单的相等的关系，MSL要大于等于TTL。

TCP连接的分组交换

参考资料