tcp协议详解

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TCP（Transmission Control Protocol：传输控制协议）
TCP协议是计算机网络中非常复杂的一个协议

TCP所处的位置

从结构上讲，TCP协议跟UDP协议都是一样的，都是由首部、数据报组成的。

TCP的特点

TCP是面向连接的协议
- 面向连接：TCP要是通信的话，首先要建立连接
TCP的一个连接有两端（点对点通信）
TCP提供可靠的传输服务
TCP协议提供全双工的通信
- 全双工：双方都可以同时发送和接收信息。例如：网线、网络都是使用全双工通信信道的
TCP是面向字节流的协议

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UDP面向的数据报与TCP面向的字节流有什么区别呢？
字节流的流表示流入进程或流出进程的字节序列，我们知道传输层的数据都是由应用层传输下来的，它是一块一块的，但是在TCP协议中不把它看做一块一块的数据，而是把它看成一系列的一整串的字节流(如下图)，在这里面TCP不是面向一整块数据来处理的，而是面向字节一个字节一个字节来处理的。

所以在TCP协议里面就可能取出数据里的某一段来进行传输（如下图），把剩下的放在第二个TCP报文进行传输。这就是TCP面向字节流协议的原因。也因此，在TCP中可能会对用户的数据进行合并也可能会进行分拆，以把他更好的传输出去，这也是TCP的一个特点。

TCP的首部

序号
- 大小：占32个比特位，可表示的范围是 0 ~ 2^32-1 的范围
- 释义：TCP是面向字节流的，因此每一个字节都会有一个序号，而这个序号就是来标记传输的每一个字节的。一个字节就会有一个序号。这里面的序号代表的是这一个TCP报文它所传输数据的第一个字节序号是什么（如下图，含义是为了合并）。与之对应的就是确认号。
确认号
- 大小：占32个比特位，可表示的范围是 0 ~ 2^32-1 的范围
- 释义：同序号，一个字节一个序号，这里面的确认号它主要是用于表达期望收到数据的首字节序号（如下图）。当前报文的序号是501，已知数据报总长是100，故确认号应为601(下次报文应该传输的序号)
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序号与确认号小结：序号与确认号属于相辅相成。确认号为N，则表示N - 1序号的数据都已经收到。
数据偏移
- 大小：占4位 0 ~ 15，单位为：32位字（每一个偏移都能表示4个字节的偏移）
- 释义：真实的TCP数据偏离首部的距离，这个是由于 TCP选项（可选）、填充 块导致的。已知TCP首部的长度在排除TCP选项后为20个字节，但是如果存在TCP选项之后会导致数据偏离首部距离，具体能偏离的范围取决于数据偏移的范围(0~15, 4个字节)，所以TCP首部等于15 * 4 = 60字节。故TCP首部长度为20~60字节
TCP标记
- 大小：占6位，每位各有不同意义
  1. URG：Urgent 紧急位，URG = 1，表示紧急数据
  2. ACK：Acknowledgement 确认位，ACK = 1，确认号才生效
  3. PSH：Push 推送位，PSH = 1，尽快的把数据交付给应用层
  4. RST：Reset 重置位，RST = 1，重新建立连接
  5. SYN：Synchronization 同步位，SYN = 1 表示连接请求报文
  6. FIN：Finish 终止位，FIN = 1 表示释放连接
窗口
- 大小：占16位，0 ~ 2^16 - 1
- 释义：窗口指明允许对方发送的数据量有多少。如果指明1000，则表示对方可以发送1000个字节给我。也可以把窗口结合确认号来计算，举例说明：比如目前的确认号是501，这个时候窗口的值是1000，那么也就是501~1500这么多个字节的数量都是可以接收的，这就是窗口的意思
紧急指针
- 释义：紧急数据（当URG = 1的时候才会启用），表示的是紧急数据位于报文的位置。对于TCP报文来说有部分的紧急数据是可以保存在数据报里面的，到达对方的时候对方则可以知晓紧急数据所处的位置
TCP选项（可选）
- 大小：最多40个字节
- 释义：目的是为了支持未来的拓展

TCP的定时器

超时定时器：超时重传机制定时器
坚持定时器：解决死锁局面的，比如接收方发送给发送方一个窗口数据，但是数据未送达至发送方，导致接受方和发送当都处于等待状态（死锁）
- 当接收方收到窗口为0的消息，则启动坚持定时器
- 坚持定时器每隔一段时间发送一个窗口探测报文
等待定时器