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> 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 > 正文 tcp協(xié)議詳解（理論篇） 2012-08-20            作者：陳立龍    我要投稿

tcp協(xié)議詳解（理論篇）

1.    與UDP不同的是，TCP提供了一種面向連接的、可靠的字節(jié)流服務(wù)。面向連接比較好理解，就是連接雙方在通信前需要預(yù)先建立一條連接，這猶如實(shí)際生活中的打電話(huà)。助于可靠性，tcp協(xié)議中涉及了諸多規(guī)則來(lái)保障通信鏈路的可靠性，總結(jié)起來(lái)，主要有以下幾點(diǎn)：

      （1）應(yīng)用數(shù)據(jù)分割成TCP認(rèn)為最適合發(fā)送的數(shù)據(jù)塊。這部分是通過(guò)“MSS”（最大數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度）選項(xiàng)來(lái)控制的，通常這種機(jī)制也被稱(chēng)為一種協(xié)商機(jī)制，MSS規(guī)定了TCP傳往另一端的最大數(shù)據(jù)塊的長(zhǎng)度。值得注意的是，MSS只能出現(xiàn)在SYN報(bào)文段中，若一方不接收來(lái)自另一方的MSS值，則MSS就定為536字節(jié)。一般來(lái)講，在不出現(xiàn)分段的情況下，MSS值還是越大越好，這樣可以提高網(wǎng)絡(luò)的利用率。

      （2）重傳機(jī)制。設(shè)置定時(shí)器，等待確認(rèn)包。

      （3）對(duì)首部和數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)。

      （4）TCP對(duì)收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行排序，然后交給應(yīng)用層。

      （5）TCP的接收端丟棄重復(fù)的數(shù)據(jù)。

      （6）TCP還提供流量控制。（通過(guò)每一端聲明的窗口大小來(lái)提供的）

2. TCP包的首部：    

（1）      若不計(jì)選項(xiàng)字段，TCP的首部占20個(gè)字節(jié)。

（2）      源端口號(hào)以及目的端口號(hào)用于尋找發(fā)端和接收端的進(jìn)程，一般來(lái)講，通過(guò)端口號(hào)和IP地址，可以唯一確定一個(gè)TCP連接，在網(wǎng)絡(luò)編程中，通常被稱(chēng)為一個(gè)socket接口。

（3）      序號(hào)是用來(lái)標(biāo)識(shí)從TCP發(fā)端向TCP接收端發(fā)送的數(shù)據(jù)字節(jié)流。

（4）      確認(rèn)序號(hào)包含發(fā)送確認(rèn)的一端所期望收到的下一個(gè)序號(hào)，因此，確認(rèn)序號(hào)應(yīng)該是上次已經(jīng)成功收到數(shù)據(jù)字節(jié)序號(hào)加1.

（5）      首部長(zhǎng)度指出了TCP首部的長(zhǎng)度值，若不存在選項(xiàng)，則這個(gè)值為20字節(jié)。

（6）      標(biāo)志位(flag)：

                URG: 緊急指針有效

                ACK：確認(rèn)序號(hào)有效

                PSH：接收方應(yīng)盡快將這個(gè)報(bào)文段交給應(yīng)用層

                RST：重建連接

                SYN：同步序號(hào)用來(lái)發(fā)起一個(gè)連接

                FIN： 發(fā)端完成發(fā)送任務(wù)（主動(dòng)關(guān)閉）    
                    

【解釋】

◆     TCP提供解決方式是為了使一端告訴另外一端某些“緊急數(shù)據(jù)”已經(jīng)放置在普通的數(shù)據(jù)流中，讓接收端對(duì)緊急數(shù)據(jù)做特別處理。此時(shí)，URG位被置為1，并且16位的緊急數(shù)據(jù)被置為一個(gè)正的偏移量，通過(guò)此偏移量與TCP首部中的序號(hào)字段相加，可以得出緊急數(shù)據(jù)的最后一個(gè)字節(jié)的序號(hào)，常見(jiàn)的應(yīng)用有傳輸中斷鍵（在通過(guò)telnet連接過(guò)程中）。

◆     RST: 復(fù)位字段被用于當(dāng)一個(gè)報(bào)文發(fā)送到某個(gè)socket接口而出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，TCP則會(huì)發(fā)出復(fù)位報(bào)文段。常見(jiàn)出現(xiàn)的情況有以下幾種：    

發(fā)送到不存在的端口的連接請(qǐng)求：此時(shí)對(duì)方的目的端口并沒(méi)有偵聽(tīng)，對(duì)于UDP，將會(huì)發(fā)出ICMP不可達(dá)的   錯(cuò)誤信息，而對(duì)于TCP，將會(huì)發(fā)出設(shè)置RST復(fù)位標(biāo)志位的數(shù)據(jù)報(bào)。異常終止一個(gè)連接：正常情況下，通過(guò)發(fā)送FIN去正常關(guān)閉一個(gè)TCP連接，但也有可能通過(guò)發(fā)送一個(gè)復(fù)位   報(bào)文段去中途釋放掉一個(gè)連接。在socketAPI中通過(guò)設(shè)置socket選 項(xiàng)SO_LINGER去關(guān)閉這種異常關(guān)閉的情況。

3. TCP的連接與終止過(guò)程：

（1）  三次握手：

         建立一個(gè)TCP連接，必須經(jīng)歷三次握手過(guò)程，其中發(fā)送第一個(gè)SYN的一端將執(zhí)行主動(dòng)打開(kāi)，接收這個(gè)SYN并發(fā)回下一個(gè)SYN的另一端執(zhí)行被動(dòng)打開(kāi)。

（2）  四次釋放：

         要釋放一個(gè)TCP連接，需要通過(guò)四次握手過(guò)程，這是由TCP的半關(guān)閉特性造成的，因?yàn)門(mén)CP連接時(shí)全雙工的，因此，需要TCP兩端要單獨(dú)執(zhí)行關(guān)閉。值得注意的是，，主動(dòng)關(guān)閉的一端在發(fā)送FIN之后，依然還能正常接收對(duì)方的數(shù)據(jù)，只是通知對(duì)方它已經(jīng)沒(méi)有數(shù)據(jù)需要發(fā)送了，同理，被動(dòng)關(guān)閉的一端在收到FIN之后，仍然可以發(fā)送數(shù)據(jù)，直到它自身同樣發(fā)出FIN之后，才停止發(fā)送數(shù)據(jù)。
 

（3）  TCP連接的超時(shí)問(wèn)題：

         完成一個(gè)TCP連接，中間涉及到一個(gè)超時(shí)的問(wèn)題，大多數(shù)伯克利系統(tǒng)的超時(shí)時(shí)限為75s，Solaris9的超時(shí)時(shí)限為240s，因此，一般認(rèn)為是在75-240之間。

【引申】在具體的實(shí)現(xiàn)中，如何由用戶(hù)自己去完成設(shè)置socket連接超時(shí)時(shí)間？

【解決方法】目前實(shí)現(xiàn)socket超時(shí)連接主要是通過(guò)select來(lái)完成的。具體步驟如下：

    ◆     建立socket

    ◆     將socket設(shè)置為非阻塞模式（若是阻塞模式，那么時(shí)間設(shè)置就毫無(wú)意義）

    ◆     調(diào)用connect去進(jìn)行連接

    ◆     使用select檢查socket是否可寫(xiě)，并同時(shí)判斷其結(jié)果（為什么是可寫(xiě)？因?yàn)樾枰獧z測(cè)socket是否收到ACK。）

    ◆     將socket轉(zhuǎn)化為阻塞模式
 

（4）TCP的半關(guān)閉    

         所謂“半關(guān)閉”，是指連接的一端在結(jié)束它的發(fā)送之后還能接收到對(duì)方發(fā)過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)的能力。具體表現(xiàn)在，當(dāng)完成三次握手的雙方，其中有一端發(fā)出FIN，此時(shí)它將進(jìn)入半關(guān)

閉狀態(tài)，此時(shí)它關(guān)閉了自身的發(fā)送功能，但是它依然可以接收到對(duì)方的數(shù)據(jù)，如對(duì)方發(fā)過(guò)來(lái)的ACK消息。那么在實(shí)際開(kāi)發(fā)中，是怎么實(shí)現(xiàn)的呢？

這牽涉到系統(tǒng)中shutdown和close函數(shù)的區(qū)別問(wèn)題。

        int shutdown(int s, int how)      

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