TCP协议详解一：连接特点、可靠性如何保证及首部格式

1. tcp连接的特点

• 提供面向连接的，可靠的字节流服务
• 为上层应用层提供服务，不关心具体传输的内容是什么，也不知道是二进制流，还是ascii字符。

2. tcp的可靠性如何保证

• 分块传送：数据被分割成最合适的数据块（UDP的数据报长度不变）
• 等待确认：通过定时器等待接收端发送确认请求，收不到确认则重发
• 确认回复：收到确认后发送确认回复(不是立即发送，通常推迟几分之一秒)
• 数据校验：保持首部和数据的校验和，检测数据传输过程有无变化
• 乱序排序：接收端能重排序数据，以正确的顺序交给应用端
• 重复丢弃：接收端能丢弃重复的数据包
• 流量缓冲：两端有固定大小的缓冲区（滑动窗口），防止速度不匹配丢数据

3. tcp的首部格式

3.1 宏观位置

• 从应用层->传输层->网络层->链路层，每经过一次都会在报文中增加相应的首部。参考之前的文章http协议
• TCP数据被封装在IP数据报中

3.2 首部格式

• tcp首部数据通常包含20个字节（不包括任选字段）
• 第1-2两个字节：源端口号
• 第3-4两个字节：目的端口号
  

  源端口号+ip首部中的源ip地址+目的端口号+ip首部中的目的ip地址，唯一的确定了一个tcp连接。对应编码级别的socket。

• 第5-8四个字节：32位序号。tcp提供全双工服务，两端都有各自的序号。编号：解决网络包乱序的问题
  

  序号如何生成：不能是固定写死的，否则断网重连时序号重复使用会乱套。tcp基于时钟生成一个序号，每4微秒加一，到2^32-1时又从0开始

• 第9-12四个字节：32位确认序列号。上次成功收到数据字节序号加1，ack为1才有效。确认号：解决丢包的问题
• 第13位字节：首部长度。因为任选字段长度可变
• 后面6bite：保留
• 随后6bite：标识位。控制各种状态
• 第15-16两个字节：窗口大小。接收端期望接收的字节数。解决流量控制的问题
• 第17-18两个字节：校验和。由发送端计算和存储，由接收端校验。解决数据正确性问题
• 第19-20两个字节：紧急指针

3.3 标识位说明

• URG：为1时，表示紧急指针有效
• ACK：确认标识，连接建立成功后，总为1。为1时确认号有效
• PSH：接收方应尽快把这个报文交给应用层
• RST：复位标识，重建连接
• SYN：建立新连接时，该位为0
• FIN：关闭连接标识

3.4 tcp选项格式

• 每个选项开始是1字节kind字段，说明选项的类型
• kind为0和1的选项，只占一个字节
• 其他kind后有一字节len，表示该选项总长度（包括kind和len）
• kind为11，12，13表示tcp事务

3.5 MSS 最长报文大小

• 最常见的可选字段
• MSS只能出现在SYN时传过来（第一次握手和第二次握手时）
• 指明本端能接收的最大长度的报文段
• 建立连接时，双方都要发送MSS
• 如果不发送，默认为536字节