Linux網絡編程（三）——TCP

宗旨：技術的學習是有限的，分享的精神是無限的。

1、TCP段格式

? ? ? ? 和UDP協議一樣也有源端口號和目的端口號，通訊的雙方由IP地址和端口號標識。32位序號、32位確認序號、窗口大小。4位首部長度和IP協議頭類似，表示TCP協議頭的長度，以4字節為單位，因此TCP協議頭最長可以是4x15=60字節，如果沒有選項字段，?TCP協議頭最短20字節。URG、?ACK、?PSH、?RST、?SYN、?FIN是六個控制位，本節稍后將解釋SYN、?ACK、?FIN、?RST四個位，其它位的解釋從略。16位檢驗和將TCP協議頭和數據都計算在內。

2、通訊時序——“三次握手，四次揮手”

? ? ? ? 首先客戶端主動發起連接、發送請求，然后服務器端響應請求，然后客戶端主動關閉連接。兩條豎線表示通訊的兩端，從上到下表示時間的先后順序，注意，數據從一端傳到網絡的另一端也需要時間，所以圖中的箭頭都是斜的。雙方發送的段按時間順序編號為1-10，各段中的主要信息在箭頭上標出，例如段2的箭頭上標著SYN,?8000(0),?ACK?1001,?<mss?1024>，表示該段中的SYN位置1，32位序號是8000，該段不攜帶有效載荷（數據字節數為0），ACK位置1，32位確認序號是1001，帶有一個mss選項值為1024。

建立連接的過程：

1.?客戶端發出段1，?SYN位表示連接請求。序號是1000，這個序號在網絡通訊中用作臨時的地址，每發一個數據字節，這個序號要加1，這樣在接收端可以根據序號排出數據包的正確順序，也可以發現丟包的情況，另外，規定SYN位和FIN位也要占一個序號，這次雖然沒發數據，但是由于發了SYN位，因此下次再發送應該用序號1001。?mss表示最大段尺寸，如果一個段太大，封裝成幀后超過了鏈路層的最大幀長度，就必須在IP層分片，為了避免這種情況，客戶端聲明自己的最大段尺寸，建議服務器端發來的段不要超過這個長度。

2.?服務器發出段2，也帶有SYN位，同時置ACK位表示確認，確認序號是1001，表示“我接收到序號1000及其以前所有的段，請你下次發送序號為1001的段”，也就是應答了客戶端的連接請求，同時也給客戶端發出一個連接請求，同時聲明最大尺寸為1024。

3.?客戶端發出段3，對服務器的連接請求進行應答，確認序號是8001。

? ? ? ? 客戶端和服務器分別給對方發了連接請求，也應答了對方的連接請求，其中服務器的請求和應答在一個段中發出，因此一共有三個段用于建立連接，稱為'''三方握手（?three-wayhandshake）?'''。在建立連接的同時，雙方協商了一些信息，例如雙方發送序號的初始值、最大段尺寸等。

? ? ? ? 在TCP通訊中，如果一方收到另一方發來的段，讀出其中的目的端口號，發現本機并沒有任何進程使用這個端口，就會應答一個包含RST位的段給另一方。

數據傳輸的過程：

1、客戶端發出段4，包含從序號1001開始的20個字節數據。

2、服務器發出段5，確認序號為1021，對序號為1001-1020的數據表示確認收到，同時請求發送序號1021開始的數據，服務器在應答的同時也向客戶端發送從序號8001開始的10個字節數據，這稱為piggyback。

3、客戶端發出段6，對服務器發來的序號為8001-8010的數據表示確認收到，請求發送序號8011開始的數據。

? ? ? ? 在數據傳輸過程中，?ACK和確認序號是非常重要的，應用程序交給TCP協議發送的數據會暫存在TCP層的發送緩沖區中，發出數據包給對方之后，只有收到對方應答的ACK段才知道該數據包確實發到了對方，可以從發送緩沖區中釋放掉了，如果因為網絡故障丟失了數據包或者丟失了對方發回的ACK段，經過等待超時后TCP協議自動將發送緩沖區中的數據包重發。

關閉連接的過程：

1.?客戶端發出段7，?FIN位表示關閉連接的請求。

2.?服務器發出段8，應答客戶端的關閉連接請求。

3.?服務器發出段9，其中也包含FIN位，向客戶端發送關閉連接請求。4.?客戶端發出段10，應答服務器的關閉連接請求。

? ? ? ? 建立連接的過程是三方握手，而關閉連接通常需要4個段，服務器的應答和關閉連接請求通常不合并在一個段中，因為有連接半關閉的情況，這種情況下客戶端關閉連接之后就不能再發送數據給服務器了，但是服務器還可以發送數據給客戶端，直到服務器也關閉連接為止。

3、流量控制

? ? ? ? 如果發送端發送的速度較快，接收端接收到數據后處理的速度較慢，而接收緩沖區的大小是固定的，就會丟失數據。TCP協議通過'''滑動窗口（SlidingWindow）?'''機制解決這一問題。

1.?發送端發起連接，聲明最大段尺寸是1460，初始序號是0，窗口大小是4K，表示“我的接收緩沖區還有4K字節空閑，你發的數據不要超過4K”。接收端應答連接請求，聲明最大段尺寸是1024，初始序號是8000，窗口大小是6K。發送端應答，三方握手結束。

2.?發送端發出段4-9，每個段帶1K的數據，發送端根據窗口大小知道接收端的緩沖區滿了，因此停止發送數據。

3.?接收端的應用程序提走2K數據，接收緩沖區又有了2K空閑，接收端發出段10，在應答已收到6K數據的同時聲明窗口大小為2K。

4.?接收端的應用程序又提走2K數據，接收緩沖區有4K空閑，接收端發出段11，重新聲明窗口大小為4K。

5.?發送端發出段12-13，每個段帶2K數據，段13同時還包含FIN位。

6.?接收端應答接收到的2K數據（?6145-8192），再加上FIN位占一個序號8193，因此應答序號是8194，連接處于半關閉狀態，接收端同時聲明窗口大小為2K。

7.?接收端的應用程序提走2K數據，接收端重新聲明窗口大小為4K。

8.?接收端的應用程序提走剩下的2K數據，接收緩沖區全空，接收端重新聲明窗口大小為6K。

9.?接收端的應用程序在提走全部數據后，決定關閉連接，發出段17包含FIN位，發送端應答，連接完全關閉。

? ? ? ? 上圖在接收端用小方塊表示1K數據，實心的小方塊表示已接收到的數據，虛線框表示接收緩沖區，因此套在虛線框中的空心小方塊表示窗口大小，從圖中可以看出，隨著應用程序提走數據，虛線框是向右滑動的，因此稱為滑動窗口。

? ? ? ? 發送端是一K一K地發送數據，而接收端的應用程序可以兩K兩K地提走數據，當然也有可能一次提走3K或6K數據，或者一次只提走幾個字節的數據，也就是說，應用程序所看到的數據是一個整體，或說是一個流（?stream），在底層通訊中這些數據可能被拆成很多數據包來發送，但是一個數據包有多少字節對應用程序是不可見的，因此TCP協議是面向流的協議。而UDP是面向消息的協議，每個UDP段都是一條消息，應用程序必須以消息為單位提取數據，不能一次提取任意字節的數據，這一點和TCP是很不同的。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Linux C高级编程——网络编程之TCP（3）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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