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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，這猶如實際生活中的打電話。助于可靠性，tcp協(xié)議中涉及了諸多規(guī)則來保障通信鏈路的可靠性，總結(jié)起來，主要有以下幾點：

      （1）應(yīng)用數(shù)據(jù)分割成TCP認為最適合發(fā)送的數(shù)據(jù)塊。這部分是通過“MSS”（最大數(shù)據(jù)包長度）選項來控制的，通常這種機制也被稱為一種協(xié)商機制，MSS規(guī)定了TCP傳往另一端的最大數(shù)據(jù)塊的長度。值得注意的是，MSS只能出現(xiàn)在SYN報文段中，若一方不接收來自另一方的MSS值，則MSS就定為536字節(jié)。一般來講，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）重傳機制。設(shè)置定時器，等待確認包。

      （3）對首部和數(shù)據(jù)進行校驗。

      （4）TCP對收到的數(shù)據(jù)進行排序，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。（通過每一端聲明的窗口大小來提供的）

2. TCP包的首部：    

（1）      若不計選項字段，TCP的首部占20個字節(jié)。

（2）      源端口號以及目的端口號用于尋找發(fā)端和接收端的進程，一般來講，通過端口號和IP地址，可以唯一確定一個TCP連接，在網(wǎng)絡(luò)編程中，通常被稱為一個socket接口。

（3）      序號是用來標識從TCP發(fā)端向TCP接收端發(fā)送的數(shù)據(jù)字節(jié)流。

（4）      確認序號包含發(fā)送確認的一端所期望收到的下一個序號，因此，確認序號應(yīng)該是上次已經(jīng)成功收到數(shù)據(jù)字節(jié)序號加1.

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

（6）      標志位(flag)：

                URG: 緊急指針有效

                ACK：確認序號有效

                PSH：接收方應(yīng)盡快將這個報文段交給應(yīng)用層

                RST：重建連接

                SYN：同步序號用來發(fā)起一個連接

                FIN： 發(fā)端完成發(fā)送任務(wù)（主動關(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，讓接收端對緊急數(shù)據(jù)做特別處理。此時，URG位被置為1，并且16位的緊急數(shù)據(jù)被置為一個正的偏移量，通過此偏移量與TCP首部中的序號字段相加，可以得出緊急數(shù)據(jù)的最后一個字節(jié)的序號，常見的應(yīng)用有傳輸中斷鍵（在通過telnet連接過程中）。

◆     RST: 復(fù)位字段被用于當一個報文發(fā)送到某個socket接口而出現(xiàn)錯誤時，TCP則會發(fā)出復(fù)位報文段。常見出現(xiàn)的情況有以下幾種：    

發(fā)送到不存在的端口的連接請求：此時對方的目的端口并沒有偵聽，對于UDP，將會發(fā)出ICMP不可達的   錯誤信息，而對于TCP，將會發(fā)出設(shè)置RST復(fù)位標志位的數(shù)據(jù)報。異常終止一個連接：正常情況下，通過發(fā)送FIN去正常關(guān)閉一個TCP連接，但也有可能通過發(fā)送一個復(fù)位   報文段去中途釋放掉一個連接。在socketAPI中通過設(shè)置socket選 項SO_LINGER去關(guān)閉這種異常關(guān)閉的情況。

3. TCP的連接與終止過程：

（1）  三次握手：

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

（2）  四次釋放：

         要釋放一個TCP連接，需要通過四次握手過程，這是由TCP的半關(guān)閉特性造成的，因為TCP連接時全雙工的，因此，需要TCP兩端要單獨執(zhí)行關(guān)閉。值得注意的是，，主動關(guān)閉的一端在發(fā)送FIN之后，依然還能正常接收對方的數(shù)據(jù)，只是通知對方它已經(jīng)沒有數(shù)據(jù)需要發(fā)送了，同理，被動關(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連接的超時問題：

         完成一個TCP連接，中間涉及到一個超時的問題，大多數(shù)伯克利系統(tǒng)的超時時限為75s，Solaris9的超時時限為240s，因此，一般認為是在75-240之間。

【引申】在具體的實現(xiàn)中，如何由用戶自己去完成設(shè)置socket連接超時時間？

【解決方法】目前實現(xiàn)socket超時連接主要是通過select來完成的。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，那么時間設(shè)置就毫無意義）

    ◆     調(diào)用connect去進行連接

    ◆     使用select檢查socket是否可寫，并同時判斷其結(jié)果（為什么是可寫？因為需要檢測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方發(fā)過來的數(shù)據(jù)的能力。具體表現(xiàn)在，當完成三次握手的雙方，其中有一端發(fā)出FIN，此時它將進入半關(guān)

閉狀態(tài)，此時它關(guān)閉了自身的發(fā)送功能，但是它依然可以接收到對方的數(shù)據(jù)，如對方發(fā)過來的ACK消息。那么在實際開發(fā)中，是怎么實現(xiàn)的呢？

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

        int shutdown(int s, int how)      

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