传输层协议介绍（三次握手，四次挥手）

一.传输层协议介绍

1.TCP协议概念

①面向连接网络协议

②是指通信双方之间在进行通信之前要先建立连接。比如打电话，双方通话前要先建立连接。

③TCP协议是面向连接的，可靠的进程到进程通信的协议，TCP提供全双工服务，即数据可在同一时间双向传输，每一个TCP都有发送缓存和接收缓存，用来临时存储数据。

2.UDP协议概念

①面向无连接网络协议

②是指通信双方不需要事先建立一条通信线路，而是把每个带有目的地址的包送到网络线路上，由系统自主选定路线进行传输，比如：QQ发送消息

③UDP协议是无连接的、相对于TCP是不可靠的传输层协议，发送端不关心发送的数据是否到达目标主机、数据是否出错等，收到数据的主机也不会告诉发送方是否收到了数据，它的可靠性由上层协议来保障。所以它的传输数据的速度更快，效率更高。

二.TCP协议

1.TCP协议介绍

TCP是面向连接的、可靠的进程到进程通信的协议

TCP提供全双工服务，即数据可在统一时间双向传输

TCP报文段

TCP将若干个字节构成一个分组，叫报文段

2.TCP报文段格式

2.1报文段

2.2各字段说明

①源端口号：发送方进程的端口号

②目标端口号：接收端进程的端口号

解释：接收端受到数据段后，根据这个端口号来确定把数据送给哪个应用程序的进行

③序号：发送端为每个字节进行编号，便于接收端正确的重组

解释：当TCP从进程接收数据字节时，把它们分片成数据段存储在发送缓存中，并对每一个字节进行编号。当数据到达目的地后，接收端会按照这个序号将数据重新排列，保证数据的正确性。

④确认号：对发送端的确认信息

解释：接收端响应消息时，将会用它来告诉发送端这个序号之前的数据段都已经收到，如果确认号是x，就是表示前x-1个数据段都已经收到。

⑤首部长度：用它可以确定TCP首部数据结构的字节长度。一般情况下TCP首部是20字节，但是首部长度最大可以扩展为60字节

⑥控制位

URG:紧急位

解释：当URG=1时，标明紧急指针有效（要和紧急指针配合使用）。它告诉系统此报文段中有紧急数据，应尽快传送，把紧急数据插入到本报文段数据的最前面。相当于高优先级的数据。

ACK：确认位

解释：当ACK=1时，确认号字段才有效，当ACK=0时，确认号无效，TCP中规定，在连接建立之后所有的传送的报文段都必须把ACK置为1.

PSH：急迫位

解释：在两个应用进程通信时，发送端希望接收端能立即响应，这时，TCP就可以使用急迫位PSH操作，发送时将PSH=1，并立即创建一个报文段发送出去，接收方收到PSH=1,就尽快的交付接收应用进程，而不再等整个缓存都填满了再向上交付。

RST：重置位

解释：当RST=1时，表明TCP连接中出现严重差错，必须释放连接，然后再重新建立传输连接

SYN：同步位

解释：再连接建立时用来同步序号。当SYN=1时，且ACK=1时，表示这是一个连接请求报文段。对方若同意连接，则在响应的报文段中SYN=1和ACK=1，

FIN：断开位

解释：终止一个连接，当FIN=1时，表示此报文段发送方的数据以及发送完毕，并且要求释放传输连接。

⑦窗口大小：说明本地可接收数据段的数目。

解释：这个值大小是可以变的，当网络通畅时，接收端响应消息会将这个窗口值变大以加快传输速度，当网络不稳定时，减少这个值可保证网络数据的可靠传输。

⑧检验和：用来做差错校验

解释：字段检验的范围包括首部和数据这两个部分。数据段在发送时和到达目的地时，会进行校验和计算。若两次校验和一致，则说明数据基本正确，若不一致，则认为该数据已损坏，接收端将丢弃该数据

⑨紧急指针：配合URG使用，当URG=1有效

⑩选项：在TCP首部可以有多大40字节的可选信息。

3.TCP三次握手

TCP是面向连接的协议，就是说每次发送数据之前都要和对方建立一条可靠的连接，这个建立连接的过程分为3个步骤，就叫三次握手！

3.1三次握手步骤

①当客户端向服务器发送请求连接的报文时

seq序列号=x(x位随机)

SYN=1(表示发送连接请求)

②服务端收到客户端发来的请求报文后，同意建立连接，则向客户端发送确认报文

seq序列号=y(这时服务器也会产生一个序列号y，和客户端的序号不相关)

ack确认号=x+1（这时序列号x+1，表示确认收到了客户端的请求）

ACK=1(表示这是条确认请求)

SYN=1（同时也发送一个建立连接的请求）

③客户端进程收到服务端进程的确认后，还要想服务端给出确认，然后连接成功建立

seq序列号=x+1（这时客户端的序号为1）

ack确认号=y+1（表示收到服务器的连接请求）

ACK=1（表示这时确认报文）

3.2为什么是三次握手，不是二次握手，也不是四次握手

为什么不能是两次握手?
如果使用两次握手，客户端发送一个SYN数据包请求建立连接，服务器回复一个ACK 数据包确认收到请求并同意建立连接。在这种情况下，存在以下问题:
①没有确认客户端是否已经收到了服务器的响应: 虽然服务器知道客户端想要建立连接，但是它无法确定客户端是否成功接收到其确认信息。如果客户端没有收到这个确认信息，就会直等待并重新发送请求，导致资源浪费和连接不稳定。
②无法同步序列号: TCP连接需要双方同步初始序列号，以确保数据传输的顺序性和完整性两次握手不足以完成这一任务。

为什么不能是四次握手?
经过三次握手后，客户端和服务端都已确认对方能正确接收和发送数据，并且序列号也已经同步。再增加一次握手实际上并没有提供额外的信息或者提高可靠性，反而会延长连接建立的时间，降低效率。

4.TCP四次挥手

4.1四次挥手步骤

①当客户端向服务器发送断开请求

FIN=1(表示申请断开请求)

ACK=1(表示确认可以断开)

②服务器收到断开请求后回复确认信息

ACK=1（表示确认可以断开）

③服务器再向客户端发送断开请求

FIN=1（表示申请断开请求）

ACK=1（表示确认可以断开）

④客户端收到断开请求后恢复确认信息

ACK=1（表示确认可以断开）

4.2为什么是四次挥手，不是三次挥手

第一次挥手：客户端向服务端发送断开请求：FIN=1 ACK=1

表示客户端已经没有数据需要再发送给服务端了，此时进入到等待状态。

第二次挥手：服务端向客户端回复断开请求：ACK=1

表示服务端已经同意断开连接，但是不能立即断开，可能还有一些数据没有发送完成。

第三次挥手：服务端向客户端发送断开请求：FIN=1 ACK=1

表示服务端也没有数据向客户端进行发送了，申请断开连接，此时进入到等待状态。

第四次挥手：客户端向服务端回复断开请求：ACK=1

表示客户端同意服务端的断开请求，等待一段时间后，进行关闭。

以上：为什么第二次挥手和第三次挥手不进行重合，在三次握手中，这一步就进行了重合，那是因为在第二次挥手时，服务端必须要给客户端做出应答，不然客户端就会一直给服务端发出断开申请，但是做出回答之后又不能立即申请断开连接，因为可能服务端还有一些数据没有发完，所以需要等待一段时间后才能发出断开申请！

5.TCP超时重传

异常网络状况下（开始出现超时或丢包），TCP控制数据传输以保证其承诺的可靠服务。

TCP服务必须能够重传超时时间内未收到确认的TCP报文段。为此，TCP模块为每个TCP报文段都维护一个重传定时器，该定时器在TCP报文段第一次被发送时启动。如果超时时间内未收到接收方的应答，TCP模块将重传TCP报文段并重置定时器。至于下次重传的超时时间如何选择，以及最多执行多少次重传，就是TCP的重传策略。