TCP协议格式和连接

TCP协议格式详解

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• 源/目的端口号：与源，目的IP地址共同构成了一个端点/套接字。

• 序列号：TCP传输的是字节流，该序列号表示当前分组（TCP的一个报文称为为分组）的第一个字节在字节流中的偏移。

• 确认号：当ACK置位时，表示接收方希望接收的下一个字节的偏移。

• 头部长度：4位（32位为单位），表示TCP头部最长为60字节。

• CWR：拥塞窗口减。

• ECE：若其值为 1 则会通知对方，从对方到这边的网络有阻塞。

• URG：该位设为 1，表示包中有需要紧急处理的数据，对于需要紧急处理的数据，与后面的紧急指针有关。

• ACK：该位设为 1，确认应答的字段有效，TCP规定除了最初建立连接时的 SYN 包之外该位必须设为 1。

• PSH：该位设为 1，表示需要将收到的数据立刻传给上层应用协议，若设为 0，则先将数据进行缓存。

• RST：该位设为 1，表示 TCP 连接出现异常必须强制断开连接。

• SYN：用于初始化一个连接的同步序列号。

• FIN：该位设为 1，表示今后不再有数据发送，希望断开连接。

• 窗口大小：滑动窗口中，允许发送并处于未被接收的数据的最大个数。

• TCP校验和：涵盖TCP头部和数据以及头部中的一些字段的校验和。

• 紧急指针：该字段为 16 位。只有在 URG 控制位为 1 时有效。该字段的数值表示本报文段中紧急数据的指针。从数据部分的首位到紧急指针所在的位置为止是紧急数据。因此，紧急指针是指出了紧急数据的末尾在报文段中的位置。

TCP连接

一个TCP连接通常分为3个阶段：启动，数据传输，退出。

启动

以下过程俗称三次握手，目的是建立连接，交换ISN（初始序列号）：

• 客户端主动发送一个SYN报文段，双方的端口号和ISN(c)，通常客户端会借此发送一些选项。
• 服务器发送自己的SYN报文作为回应，包含了服务器的ISN(s)，将ISN(c)+1作为ACK序列号。
• 为了确认服务器的SYN，客户端将ISN(s)+1作为返回的ACK数值。

三次握手设置的非常巧妙，为什么是3次，这是一个有趣的问题：

TCP对数据的传输提供保障，每一个分组都对应序列号，如果序列号没有被确认接收，将会被重传直到被确认接收。而SYN数据报占用了一个序列号，因此SYN是被TCP保障的，如果丢失是会重传的。因此，客户端发送自己的ISN（初始序列号），服务器回复的SYN一方面包含自己的ISN的同时，也要将该SYN作为ACK，告知客户端它发送的上一个分段（SYN）以及被接收，而第三次握手是确保服务器的初始序列号被接收。

因此，三次握手，不多不少，非常巧妙。

连接建立超时

由于建立连接是双向的，所以双方的超时机制也类似，一般都是最多发送5次SYN，超出则认为连接建立超时，细节如下：

• 客户端方超时：一般服务器不存在时，服务器无法回复SYN，客户端会发送多次SYN，但是发送速率呈指数级下降，直到5次超时。
• 服务器方超时：服务器回复了SYN，但是客户端没有回复段3，连接无法建立，服务器也会多次发送SYN，直到5次超时，服务器等待时间长达0 + 3 + 6 + 12 + 24 = 45秒，有的还会更多。 SYN flood攻击就是利用这一弱点对服务器进行攻击。

关闭

TCP的关闭需要4个报文段：

• 连接的主动关闭者发送一个FIN段表面自己希望结束连接，它携带的序列号K是告知对方最终应该确认接收的序列号，同时该数据段还捎带应答
• 连接的被动关闭者，发送K+1作为ACK，告知主动关闭者已经接收到了它的FIN。
• 接着，被动关闭者告知其上层应用，对方请求关闭连接，这将导致上层执行自己的网络停止操作。这个时候，被动关闭者成为主动关闭者，发送自己的FIN，即告知对方最终应该接收的数据段。
• 在另一方，接收到FIN，同样会回复对方。

到这里，连接被终止。