3 TCP基础

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TCP 三次握手性能优化
TCP 四次挥手性能提升

基础简介

TCP (传输控制协议) 和 IP (网际协议) 是最先定义的两个核心协议，所以才统称为TCP/IP协议族

TCP连接由一个4元组构成，分别是两个IP地址和两个端口号。一个TCP连接通常分为三个阶段：连接、数据传输、退出（关闭）。

• 通过三次握手建立一个链接
• 通过四次挥手来关闭一个连接

三次握手简明描述

三次握手的本质是确认通信双方收发数据的能力，确认双方发件和收件能力。

客户A 发件 =》服务B 收件
此时B 确认自己有收件 和 A 发件 能力【但A不知道自己发收是否正常】
服务B 发件 =》 客户A 收件
此时A 确认自己有收件 和 B 发件 能力【但B不知道自己发件是否正常】
客户A 发件 =》 服务B 收件
此时A就是告诉B他的发件正常，AB双方都知道发收正常

TCP报文的头部结构

• 序号：seq序号 用来标识从TCP源端向目的端发送的字节流，发起方发送数据时对此进行标记。
• 确认序号：ack序号 只有ACK标志位为1时，确认序号字段才有效，ack=seq+1。
• 标志位：共6个，即URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN等，具体含义如下：
  • ACK：确认序号有效。
  • FIN： 释放一个连接。
  • PSH：接收方应该尽快将这个报文交给应用层。
  • RST：重置连接。
  • SYN：发起一个新连接。
  • URG：紧急指针（urgent pointer）有效。

在双方确认能力的同进，也在建立连接确认序号seq和ack

三次握手

• 第一次握手：客户端要向服务端发起连接请求，首先客户端随机生成一个起始序列号ISN(比如是100)，那客户端向服务端发送的报文段包含SYN标志位(也就是SYN=1)，序列号seq=100。
• 第二次握手：服务端收到客户端发过来的报文后，发现SYN=1，知道这是一个连接请求，于是将客户端的起始序列号100存起来，并且随机生成一个服务端的起始序列号(比如是300)。然后给客户端回复一段报文，回复报文包含SYN和ACK标志(也就是SYN=1,ACK=1)、序列号seq=300、确认号ack=101(客户端发过来的序列号+1)。
• 第三次握手：客户端收到服务端的回复后发现ACK=1并且ack=101,于是知道服务端已经收到了序列号为100的那段报文；同时发现SYN=1，知道了服务端同意了这次连接，于是就将服务端的序列号300给存下来。然后客户端再回复一段报文给服务端，报文包含ACK标志位(ACK=1)、ack=301(服务端序列号+1)、seq=101(第一次握手时发送报文是占据一个序列号的，所以这次seq就从101开始，需要注意的是不携带数据的ACK报文是不占据序列号的，所以后面第一次正式发送数据时seq还是101)。当服务端收到报文后发现ACK=1并且ack=301，就知道客户端收到序列号为300的报文了，就这样客户端和服务端通过TCP建立了连接。

四次挥手

四次挥手

可以看到，四次挥手过程只涉及了两种报文，分别是 FIN 和 ACK：

• FIN 就是结束连接的意思，谁发出 FIN 报文，就表示它将不会再发送任何数据，关闭这一方向上的传输通道；

• ACK 就是确认的意思，用来通知对方：你方的发送通道已经关闭；

• 第一次挥手：当客户端的数据都传输完成后，客户端向服务端发出连接释放报文(当然数据没发完时也可以发送连接释放报文并停止发送数据)，释放连接报文包含FIN标志位(FIN=1)、序列号seq=1101(100+1+1000，其中的1是建立连接时占的一个序列号)。需要注意的是客户端发出FIN报文段后只是不能发数据了，但是还可以正常收数据；另外FIN报文段即使不携带数据也要占据一个序列号。

• 第二次挥手：服务端收到客户端发的FIN报文后给客户端回复确认报文，确认报文包含ACK标志位(ACK=1)、确认号ack=1102(客户端FIN报文序列号1101+1)、序列号seq=2300(300+2000)。此时服务端处于关闭等待状态，而不是立马给客户端发FIN报文，这个状态还要持续一段时间，因为服务端可能还有数据没发完。

• 第三次挥手：服务端将最后数据(比如50个字节)发送完毕后就向客户端发出连接释放报文，报文包含FIN和ACK标志位(FIN=1,ACK=1)、确认号和第二次挥手一样ack=1102、序列号seq=2350(2300+50)。

• 第四次挥手：客户端收到服务端发的FIN报文后，向服务端发出确认报文，确认报文包含ACK标志位(ACK=1)、确认号ack=2351、序列号seq=1102。注意客户端发出确认报文后不是立马释放TCP连接，而是要经过2MSL(最长报文段寿命的2倍时长)后才释放TCP连接。而服务端一旦收到客户端发出的确认报文就会立马释放TCP连接，所以服务端结束TCP连接的时间要比客户端早一些。

从浏览器地址栏输入 url 到显示主页的过程？

1. DNS 解析：将域名解析成对应的 IP 地址。
2. TCP连接：与服务器通过三次握手，建立 TCP 连接。
3. 向服务器发送 HTTP 请求。
4. 服务器处理请求，返回HTTP响应。
5. 浏览器解析并渲染页面。
6. 断开连接：TCP 四次挥手，连接结束。