TCP—传输控制协议

• 缓冲区的意义

TCP协议是自带发送和接收缓冲区的，相当于malloc了两段内存空间。

系统调用接口send,write等并不是直接把数据发送到网络上，而是把数据拷贝到TCP的发送缓冲区，至此应用层的任务就完成了。

这样的设计可以提高应用层响应效率，其次是当前的网络状况是只有TCP协议可以知道的，应用层完成不知道。

那么什么时候发，发多少，出错了怎么办等这类问题，都是由TCP协议解决的，所以TCP协议叫做“传输、控制协议”。

因为缓冲区的存在，可以让应用层和TCP进行解耦。相当于应用层负责拷贝数据，TCP负责安排传输的方式。

TCP报文结构

• 16位源/目的端口号

源/目的端口号: 表示数据是从哪个进程来, 到哪个进程去

• 4位首部长度—实现有效载荷和报头的分离

4位首部长度：这是用来描述报头长度大小的，所以其单位并不是比特位，而是4个字节。

也就是说4位首部长度取值范围是0-15，那么报头长度取值范围就是该范围乘上4，也就是0-60字节，可以理解为就是加上下面的选项。不过一般都是0101，也就是5*4=20字节。

有了这个长度，在读到一个报文以后，进行报头和有效载荷分离的时候，会在前20个字节里分析出4位首部长度，确定出报头大小，从而实现报头和有效载荷的分离。

• 32位序号/32位确认号

用于保证按序到达

• 16位窗口大小

这个字段用于流量控制。

传输过程需要合理地进行安排，需要根据对方的接收能力进行流量控制。

在应答报文的报头填上：我自己的接收缓冲区中剩余的空间大小。

• 6个标志位

server端可能在任一时刻都有大量的报文在向它发送数据，这些数据的来源如何甄别？如何区分不同种类的TCP报文？靠的就是6个标志位。

• URG

表示该报文中携带了紧急数据。也可理解为紧急指针：有数据需要优先读取，就可以设置读取的起点。但是最大为1字节。

• ACK

这个标志位是用来表示接收到的报文是表示确认信号的，代表确认号是否有效。例如接收到的报文是确认序号+ACK，这个标志位通常置1。

• PSH

PUSH:提示接收端应用程序立刻从TCP缓冲区把数据读走。

• RST

表示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

这个标志位是建立链接的请求标志位。意味着接下来要进行三次握手。

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。

• 32位序号

在发送信息时使用TCP协议会将信息拆分成多个数据报发送给接收方，发送数据时会对每个字节的数据进行编号,等数据到达接收端是会对数据进行重新排序，避免网络数据报乱序。这就是32位序号的意义。

当触发TCP超时重传机制时,有可能造成接收方接收重复数据，这时接收方会根据接收到的数据序号进行去重。如果之前收到了这个序号的数据就进行去重。

• 32位确认序号

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。

也即是说，32位序号里保存的是对历史报文数据+1，或者说是32位序号里的数据+1。例如：确认序号是10，代表着10之前的报文都已经收到了，下次发送请从10开始！

• 注意

每一次发送与接收，无论是数据还是应答，都是一个完整的TCP报文，而不是简单的传输序号。可以不携带数据，但必须有TCP报头。

• 疑问

为什么序号和确认序号是两个分离的字段？在发送和确认的时候不是只需要用到一个字段吗？

TCP是一个全双工的协议，双方通信的时候，一个报文既可以携带要发送的数据，也可以携带对历史报文的确认。

通俗的说，在你发送序号的时候，也可能在确认别人发来的序号，那么此时就需要将序号和确认序号分开两个字段。

• 总结

32位序号用来保证按序到达，32位确认序号用来保证确认应答。