第六篇 TCP協議

1. 專業名詞縮寫

• 應用層頭：ah(Application Header)
• 表示層頭：ph(Presentation Header)
• 會話層頭：sh(Session Header)
• 傳輸層頭：th(Transport Header)
• 網絡層頭：nh(Network Header)
• 數據鏈路層頭：dh(Data Link Header)
• 數據鏈路層報尾：dt(Data Link Termination)
• 應用層協議數據單元：PDU(Protocol Data Unit)
• 地址解析協議：ARP(Address Resolution Protocol)
• 路由信息協議：RIP(Routing Information Protocol)
• 網間控制報文協議：ICMP(Internet Control Message Protocol)
• 超時重傳時間：RTO(Restransmission TimeOut)
• 連接往返時間：RTT(Round Trip Time)

2. 網絡模型

國際化標準組織ISO於1981年正式推薦了一個網絡系統結構—七層參考模型，也叫作開放系統互連模型。

• 七層網絡模型

層數	名字	主要功能	對應的典型設備	傳輸單元
7	應用層	提供應用程序間通信	計算機:應用程序，如FTP、SMTP、HTTP等	程序級數據
6	表示層	處理數據格式數據加密等	計算機:編碼方式、如圖像編解碼、URL字段傳輸編碼	程序級數據
5	會話層	建立、維護和管理會話	計算機:建立會話，如session認證、斷點續傳	程序級數據
4	傳輸層	建立主機端到端鏈接	計算機:進程和端口	數據段(segment)
3	網絡層	尋址和路由選擇	網絡:路由器、防火牆、多層交換機	數據包(packet)
2	數據鏈路層	提供介質訪問、鏈路管理等	網絡:網卡、網橋、交換機	幀(frame)
2	物理層	比特流傳輸	網絡:中繼器、集線器、網線和HUB	比特(bit)

3. 五層網絡模型

• 應用層：確定進程之間通信的性質以滿足用戶需求（http, smtp,ftp等）
• 運輸層：負責主機間不同進程的通信（tcp, udp）
• 網絡層：負責分組交換網中不同主機間的通信（ip）
• 數據鏈路層：負責將網絡層的IP數據報組成幀
• 物理層：透明地傳輸比特流

4. 四層網絡模型

應用層：DNS,FINGER,WHOIS,FTP,HTTP,GOPHER,TELNET,IRC,SMTP,USERNET
傳輸層：TCP,UDP
網間層：TCMP, IP
網絡接口層：ARP,RARP

5. TCP頭部

• 格式如下：
  
  (1)16位端口號(port number):（所有知名服務使用的端口號都定義在/etc/services文件中）
  (2)offset：（header length）標識該TCP頭部有多少個32bit，有4位最大能標識15，所以TCP頭部最長爲60byte
  (3)tcp flags標誌位:
  URG標誌:表示緊急指針(urgent pointer)是否有效
  ACK標誌:表示確認號是否有效，一般稱攜帶ACK標誌的報文段爲“確認報文段”
  PSH標誌:提示接收端應用程序應該立即從TCP接收緩衝區中讀走數據，爲接收後續數據騰出空間；
  RST標誌:表示要求對方重新建立連接，一般稱攜帶RST標誌的TCP報文段爲“復位報文段”
  SYN標誌:表示請求建立一個連接，一般稱攜帶SYN標誌的TCP報文段爲“同步報文段”
  FIN標誌:表示通知對方本段要關閉連接了，一般稱攜帶FIN標誌的TCP報文段爲“結束報文段”
  (4)16位窗口大小(window size)：是TCP流量控制的一個手段，這裏說的窗口指的是接收通告窗口(Receiver Window, RWND)。它告訴對方本端的TCP接收緩衝區還能容納多少個字節的數據，這樣對方就可以控制發送數據的速度
  (5)16位校驗和(TCP checksum)：由發送端填充，接收端對TCP報文段指向CRC算法，以校驗TCP報文段在傳輸過程中是否損壞。注意這個校驗不僅包括TCP頭部，也包括數據部分；
  (6)16位緊急指針(urgent pointer):是一個正的偏移量，它和序號字段的值相加表示最後一個緊急數據的下一個字節的序號
• 一個tcp連接由源地址，源端口，目的地址，目的端口和協議唯一確定
• TCP的3次握手和4次揮手
  （1）3次握手
  client(SYN J)---->service, service(ACK=J+1 SYK K)---->client, client(ACK K+1)—>service
  （2）4次揮手
  client(FIN M)---->service
  service(ACK M+1)—>client
  service(FIN N)---->client
  client(ACK N+1)—>service
  誰發送了FIN就關閉了發送，誰接收到就關閉了接收
• TCP連接狀態下的各種狀態
  （1）CLOSED:初始化狀態
  （2）LISTEN:
  （3）SYN_SENT:
  （4）SYN_RECV:
  （5）ESTABLISHED:
  （6）FIN_WAIT_1:
  （7）FIN_WAIT_2:
  （8）TIME_WAIT:
  （9）CLOSING:
  （10）CLOSE_WAIT:
  （11）LAST_ACK:
  （12）CLOSED:
• 各種狀態的切換如下圖：
  
  具體分析見：http://www.it610.com/article/3915762.htm

6. TCP超時重傳

7. TCP滑動窗口

• 作用：
  （1）提供TCP的可靠性
  （2）提供TCP的流控特效

8. TCP擁塞

4個核心算法：快開始(Slow Start)、擁塞避免（Congestion Voidance）、快速重傳（Fast Retransmit）、快速恢復（Fast Recovery）

9. TCP網絡編程API

• 交互流程