传输层协议 TCP（一）

￮ SYN: 请求建立连接;[CLOSE_WAIT -> LAST_ACK] 进入 CLOSE_WAIT 后说明服务器准备关闭连。[FIN_WAIT_1 -> FIN_WAIT_2] 客户端收到服务器对结束报文段的确认, 则进。[LISTEN -> SYN_RCVD] 一旦监听到连接请求(同步报文段), 就将该连接放入。[LAST_ACK -> CLOSED] 服务器收到了对 FIN 的 ACK,

猩猩优越

901人浏览 · 2025-10-17 15:28:57

猩猩优越 · 2025-10-17 15:28:57 发布

一、TCP协议

TCP 全称为 "传输控制协议(Transmission Control Protocol"). 人如其名, 要对数据的传

输进行一个详细的控制;

二、TCP 协议段格式

        源/目的端口号: 表示数据是从哪个进程来, 到哪个进程去;

        32 位序号/32 位确认号。

        4 位 TCP 报头长度: 表示该 TCP 头部有多少个 32 位 bit(有多少个 4 字节); 所TCP 头部最大长度是 15 * 4 = 60

        6 位标志位:

                ￮ URG: 紧急指针是否有效
                ￮ ACK: 确认号是否有效
                ￮ PSH: 提示接收端应用程序立刻从 TCP 缓冲区把数据读走
                ￮ RST: 对方要求重新建立连接; 我们把携带 RST 标识的称为复位报文段
                ￮ SYN: 请求建立连接; 我们把携带 SYN 标识的称为同步报文段
                ￮ FIN: 通知对方, 本端要关闭了, 我们称携带 FIN 标识的为结束报文段
        16 位窗口大小: 后面再说
        16 位校验和: 发送端填充, CRC 校验. 接收端校验不通过, 则认为数据有问题. 此
处的检验和不光包含 TCP 首部, 也包含 TCP 数据部分.

        16 位紧急指针: 标识哪部分数据是紧急数据;

        40 字节头部选项: 暂时忽略;

三、确认应答(ACK)机制

TCP 将每个字节的数据都进行了编号 . 即为序列号 .

每一个 ACK 都带有对应的确认序列号 , 意思是告诉发送者 , 我已经收到了哪些数据 ; 下

一次你从哪里开始发

四、超时重传机制

主机 A 发送数据给 B 之后, 可能因为网络拥堵等原因, 数据无法到达主机 B;

如果主机 A 在一个特定时间间隔内没有收到 B 发来的确认应答, 就会进行重发;

若主机 A 未收到 B 发来的确认应答 , 也可能是因为 ACK 丢失了 ;

因此主机 B 会收到很多重复数据 . 那么 TCP 协议需要能够识别出那些包是重复的包 , 并

且把重复的丢弃掉，此时用序列号可以做到去重效果。

超时时间确定

最理想的情况下, 找到一个最小的时间, 保证 "确认应答一定能在这个时间内返回".

但是这个时间的长短, 随着网络环境的不同, 是有差异的.

如果超时时间设的太长, 会影响整体的重传效率;

如果超时时间设的太短, 有可能会频繁发送重复的包;

TCP 为了保证无论在任何环境下都能比较高性能的通信 , 因此会动态计算这个最大超

时时间

Linux 中(BSD Unix 和 Windows 也是如此), 超时以 500ms 为一个单位进行控制, 每次判定超时重发的超时时间都是 500ms 的整数倍.

如果重发一次之后, 仍然得不到应答, 等待 2*500ms 后再进行重传.

如果仍然得不到应答, 等待 4*500ms 进行重传. 依次类推, 以指数形式递增.

累计到一定的重传次数, TCP 认为网络或者对端主机出现异常, 强制关闭连接

五、连接管理机制

在正常情况下 , TCP 要经过三次握手建立连接 , 四次挥手断开连接

服务端状态转化 :

[CLOSED -> LISTEN] 服务器端调用 listen 后进入 LISTEN 状态, 等待客户端连

接;

[LISTEN -> SYN_RCVD] 一旦监听到连接请求(同步报文段), 就将该连接放入

内核等待队列中, 并向客户端发送 SYN 确认报文.

[SYN_RCVD -> ESTABLISHED] 服务端一旦收到客户端的确认报文, 就进入

ESTABLISHED 状态, 可以进行读写数据了.

[ESTABLISHED -> CLOSE_WAIT] 当客户端主动关闭连接(调用 close), 服务

器会收到结束报文段, 服务器返回确认报文段并进入 CLOSE_WAIT;

[CLOSE_WAIT -> LAST_ACK] 进入 CLOSE_WAIT 后说明服务器准备关闭连

接(需要处理完之前的数据); 当服务器真正调用 close 关闭连接时, 会向客户端发送

FIN, 此时服务器进入 LAST_ACK 状态, 等待最后一个 ACK 到来(这个 ACK 是客户

端确认收到了 FIN)

[LAST_ACK -> CLOSED] 服务器收到了对 FIN 的 ACK, 彻底关闭连接.

客户端状态转化 :

[CLOSED -> SYN_SENT] 客户端调用 connect, 发送同步报文段;

[SYN_SENT -> ESTABLISHED] connect 调用成功, 则进入 ESTABLISHED 状

态, 开始读写数据;

[ESTABLISHED -> FIN_WAIT_1] 客户端主动调用 close 时, 向服务器发送结

束报文段, 同时进入 FIN_WAIT_1;

[FIN_WAIT_1 -> FIN_WAIT_2] 客户端收到服务器对结束报文段的确认, 则进

入 FIN_WAIT_2, 开始等待服务器的结束报文段;

[FIN_WAIT_2 -> TIME_WAIT] 客户端收到服务器发来的结束报文段, 进入

TIME_WAIT, 并发出 LAST_ACK;

[TIME_WAIT -> CLOSED] 客户端要等待一个 2MSL(Max Segment Life, 报文

最大生存时间)的时间, 才会进入 CLOSED 状态

TCP 协议规定,主动关闭连接的一方要处于 TIME_ WAIT 状态,等待两个MSL(maximum segment lifetime)的时间后才能回到 CLOSED 状态.

我们使用 Ctrl-C 终止了 server, 所以 server 是主动关闭连接的一方, 在TIME_WAIT 期间仍然不能再次监听同样的 server 端口

MSL 在 RFC1122 中规定为两分钟,但是各操作系统的实现不同, 在 Centos7 上默认配置的值是 60s;

可以通过 cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_fin_timeout 查看 msl 的值;