tcp的認知和應用

什麼是tcp

tcp定義

tcp是網絡七層模型當中傳輸層的協議,由IETF的RFC 793定義,是面向連接的、可靠的、基於字節流的通信協議。而傳輸層位於七層模型的中間,下面是網絡層,上面的話有應用層,承上啓下,地位還是很重要的。在傳輸層中還有一種協議udp(無連接、不保證可靠性)。相比來說tcp有以下特點

• 傳輸可靠,數據丟失有重傳機制
• 數據分段打包傳輸,對每個數據編號,控制順序
• 流量控制,避免擁塞,因爲TCP連接雙方有固定大小緩衝空間。TCP的接收端只允許另一端發送接收端緩衝區所能接納的數據。

tcp數據包格式

針對上面圖中的結構劃分,下面進行下解釋

source port 和 destination port 都是16位,計算機端口識別訪問那個服務, 其中source port 是隨機的,而destination port決定接受方由那個程序來接受並且因爲是16位,所以說程序的最大端口號65535

sequence Number 是發送數據包中的第一個字節的序列號,假設當前的序列號爲 s，發送數據長度爲 l，則下次發送數據時的序列號爲 s + l。在建立連接時通常由計算機生成一個隨機數作爲序列號的初始值

Acknowledgment Number 它等於下一次應該接收到的數據的序列號。可以認爲這個位置以前所有的數據都已被正常接收。
header length TCP 首部的長度，單位爲 4 字節。如果沒有可選字段，那麼這裏的值就是 5。表示 TCP 首部的長度爲 20 字節(除掉data和option,剛好20字節)。
reserved

• URG表示Urgent Pointer字段有意義
• ACK表示Acknowledgment Number字段有意義
• PSH表示有 DATA數據傳輸
• RST表示復位TCP連接
• SYN表示SYN報文（在建立TCP連接的時候使用）
• FIN表示沒有數據需要發送了（在關閉TCP連接的時候使用）

Windows 表示接收緩衝區的空閒空間，16位，用來告訴TCP連接另一端自己能夠接收的最大數據長度,流量控制的機制就基於此。
Checksum 差錯控制，TCP校驗和的計算包括TCP首部、數據和其它填充字節。在發送TCP數據段時，由發送端計算校驗和，當到達目的地時又進行一次檢驗和計算。如果兩次校驗和一致說明數據是正確的，否則將認爲數據被破壞，接收端將丟棄該數據。
Urgent 是緊急指針，16位，只有URG標誌位被設置時該字段纔有意義，表示緊急數據相對序列號（Sequence Number字段的值）的偏移。

tcp三次握手

說明 上面是一個我寫的測試demo,是一個普通的http請求,下面我們抓包分析一下tcp三次握手的細節

說明 第一次握手client通過發送一個SYN標識位和Sequence Numbers(同步序列號)的數據段給server請求連接，通過該數據段告訴server希望建立連接

說明 第二次握手是server用一個確認應答ACK標誌位和Acknowledgment Number告訴client收到了數據段，同時自己也發送一個syn包(syn標誌位和Sequence Numbers)。

說明 第三次客戶端收到服務器的SYN+ACK包，向服務器發送確認包ACK，此包發送完畢，客戶端和服務器進入ESTABLISHED（TCP連接成功）狀態，完成三次握手。
說明 三次握手完畢,鏈接通道建立成功,下面開始正式數據傳輸

針對上面整個過程下面再來一幅圖詳細總結說明下

• 客戶端通過向服務器端發送一個SYN來表明希望建立連接，作爲三次握手的一部分。客戶端把這段連接的序號設定爲隨機數c。
• 服務器端應當爲一個合法的SYN回送一個SYN/ACK。ACK的確認碼應爲c+1，SYN/ACK包本身又有一個隨機產生的序號s。
• 最後，客戶端再發送一個ACK。當服務端收到這個ACK的時候，就完成了三次握手，並進入了連接創建狀態。此時包的序號被設定爲收到的確認號c+1，而響應號則爲s+1。

tcp四次斷開

下面描述下整個過程,過程和三次握手機制一樣,也是用一些標誌位來實現斷開的過程,詳細步驟過程不在圖形化,因爲需要四幅步驟圖,太佔篇幅了,下面根據上面的流程圖大致解釋說明一下。

• client發送FIN標誌位,表示出要斷開連接的請求的含義
• server進行響應，發送ack標識,表示確認收到斷開連接請求
• server 發送FIN標誌位,提出反方向的關閉要求
• client 發送ack標誌位,標識確認收到的主機B的關閉連接請求

tcp應用場景

適合對傳輸數據要求比較可靠的地方,例如常見的ftp,http,https,smtp等等這些應用層的協議都是基於tcp的封裝;還有實戰中常見套接字編程,可以用來開發瀏覽器通信模塊,以及p2p的下載工具等等,這些底層都是都是基於tcp協議。

如何使用tcp

協議只是一個規範,實現形式有多種,具體而言在node當中使用的話如下形式

let net = require('net');
let path = require('path');
let ws = require('fs').createWriteStream(path.join(__dirname, 'msg.txt'));
let server = net.createServer(function (socket) {
    socket.pipe(ws, { end: false });

});
server.listen(8080);
創建一個tcp服務器監聽8080端口,並將接受的數據存儲到msg.txt文件中,上面的socket是一個雙工流,既可寫又可以讀,下面是測試的輸出結果

說明 上面只是一個簡單的實例,更多用法,可以參考node當中net模塊

參考鏈接
https://zh.wikipedia.org/wiki...
http://nodejs.cn/api/
http://www.freebuf.com/column...