TCP协议与🤝

作者：bin

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一、TCP消息头格式

1.源端口，目标端口：用来标识消息从哪里来，到哪里去。

2.序号(seq)，确认序号(ack)：包的序号是用来保证包的顺序发送，确认序号是表示包确认收到

3.状态位：用于标识当前请求的行为状态，SYN(发起链接)，ACK(回复)，RST(重新链接)，FIN(结束链接)

4.窗口大小：表示发送和接收放当前处理的窗口大小，用于做流量控制

5.校验和：这个和UDP都有，用于校验当前包内容是否损坏

二、TCP三次握手

三次握手的目的：

1.确认双方都可以正常的收发

2.确认后续包的序号

三次握手的过程：

1.(LISTEN)：server开启一个服务，监听指定的端口

2.(SYN-SENT)：client发送一个SYN(发起连接)的包到server监听的端口，其中包含序号x

3.(SYN-RCVD)：server接收到client的SYN，回复一个SYN + ACK状态的包，并且回复client的ack(确认序列) = x + 1，同时设置server的seq(序列号) = y

4.(ESTABLISHED)：客户端回复一个ACK状态的包，同时seq(序列号) = x + 1，ack(确认序列) = y+ 1

我们使用tcpdump来验证一下，在终端输入，其中en0为你的网卡

我zengbin@mac ~ % sudo tcpdump -i en0 host www.zengbingo.com -S

然后另开一个终端，使用curl进行一次完整的访问

curl www.zengbingo.com

我们可以看到3次握手

//第一次
16:22:36.763176 IP 172.20.16.246.63016 > 106.52.152.158.
http: Flags [S], seq 416244008, win 65535, options [mss 1460,nop,wscale 6,nop,nop,TS val 3885752949 ecr 0,sackOK,eol], length 0
//第二次
16:22:36.771890 IP 106.52.152.158.http > 172.20.16.246.63016:
 Flags [S.], seq 1520202174, ack 416244009, win 28960, options [mss 1424,sackOK,TS val 3770699262 ecr 3885752949,nop,wscale 7], length 0
//第三次
16:22:36.772009 IP 172.20.16.246.63016 > 106.52.152.158.
http: Flags [.], ack 1520202175, win 2051, options [nop,nop,TS val 3885752958 ecr 3770699262], length 0

三、TCP四次挥手

1.(FIN-WAIT-1)：client发送FIN状态的包，同时seq=p，告诉server我要结束了

2.(CLOSED-WAIT)：server回复一个ACK状态的包，同时ack=p+1，表示确认收到client的结束请求

3.(CLOSED-WAIT｜FIN-WAIT-2)：server发送一个FIN + ACK状态的包，同时seq =q，ack=p+1，告诉client我要结束了

4.(TIME-WAIT)：client回复一个ACK包，ack=q+1，表示确认收到server的结束请求

5.(TIME-WAIT)：等待2MSL(报文最大生存时间，通常30s、1min、2min)，这里等待的目的是，如果server未收到client的ACK，那么server会进行重传FIN包，那么只要等待：去向ACK消息最大存活时间（MSL) + 来向FIN消息的最大存活时间(MSL)，的时间即可。

同样的，我们用三次握手的示例来验证四次挥手的过程

//第一次挥手，客户端说结束
16:30:42.089151 IP 172.20.16.246.63169 > 14.215.177.38.
http: Flags [F.], seq 903720639, ack 3908841077, win 4096, length 0

//第二次挥手，服务端收到结束
16:30:42.098919 IP 14.215.177.38.http > 172.20.16.246.63169:
 Flags [.], ack 903720640, win 908, length 0

//第三次挥手，服务端说结束
16:30:42.098928 IP 14.215.177.38.http > 172.20.16.246.63169: 
Flags [F.], seq 3908841077, ack 903720640, win 908, length 0

//第四次挥手，客户端收到结束
16:30:42.099098 IP 172.20.16.246.63169 > 14.215.177.38.http: 
Flags [.], ack 3908841078, win 4096, length 0

如果服务端没有消息需要发送了，第二次和第三次，服务端会进行合并

//第一次挥手
16:50:54.443571 IP 172.20.16.246.64804 > 106.52.152.158.http:
 Flags [F.], seq 478038655, ack 615087856, win 2048, options [nop,nop,TS val 3887436888 ecr 3772396927], length 0

//第二次第三次合并
16:50:54.451416 IP 106.52.152.158.http > 172.20.16.246.64804: 
Flags [F.], seq 615087856, ack 478038656, win 227, options [nop,nop,TS val 3772396939 ecr 3887436888], length 0

//第四次挥手
16:50:54.451460 IP 172.20.16.246.64804 > 106.52.152.158.http:
 Flags [.], ack 615087857, win 2048, options [nop,nop,TS val 3887436895 ecr 3772396939], length 0

四、TCP如何保证可靠性？

1.包头的校验和，通过对校验和的验证可以确定包内容是否正确

2.累计应答，通过上面三次握手和挥手，我们可以很直接的看到，每次ACK的ack(确认号)都会对上一次对方的SYN的seq(序号)进行确认+1。

3.超时重传

4.流量控制

5.拥塞控制

五、超时重传，快重传

如果发送一个报文，在RTT时间内没收到回复，那么就会认为丢包了，进行重传。

RTT(round trip time)：报文一个往返的时间，TCP采用自适应重传算法（Adaptive Retransmission Algorithm）来动态计算往返时间，当出现丢包需要重传时，TCP的策略是超时间隔加倍。每当遇到一次超时重传的时候，都会将下一次超时时间间隔设为先前值的两倍。两次超时，就说明网络环境差，不宜频繁反复发送

快重传

例如：接收方发现 6 都已经接收了，就是 5没来，那肯定是丢了，于是发送三个 4的 ACK，要求下一个是 5。客户端收到 3 个4的ack，就会发现 5 的确又丢了，不等超时，马上重发