在網(wǎng)絡(luò)傳輸中，傳輸控制協(xié)議（TCP）是傳輸層非常重要的一個(gè)協(xié)議，所以學(xué)習(xí)TCP協(xié)議是很有必要的一件事情。TCP協(xié)議是一種可靠的、一對(duì)一的、面向有連接的一種通信協(xié)議，通常在TCP的網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求中，在獲取到對(duì)應(yīng)的IP地址后，會(huì)以隨機(jī)端口（1024-65535）向服務(wù)器80端口發(fā)起TCP的連接請(qǐng)求，這個(gè)連接會(huì)經(jīng)過TCP/IP協(xié)議棧，最后到達(dá)服務(wù)器。而在建立連接這個(gè)過程中，通過一次三次握手來確定連接的建立。
首先，明確一點(diǎn)，因?yàn)榉?wù)器端維護(hù)的只是一個(gè)端口，并沒有主動(dòng)建立連接的能力，所以只有客戶端能主動(dòng)的建立與服務(wù)器端的連接，所以TCP請(qǐng)求的發(fā)起者一定是為客戶端。這里先來看一張圖。
三次握手
我們知道發(fā)起連接的一定是客戶端，那來看看三次握手的詳細(xì)過程。
第一次握手：客戶端發(fā)送SYN報(bào)文到服務(wù)器，服務(wù)器收到SYN報(bào)文之后能確定什么信息呢？信息1->，客戶端發(fā)送能力是正常，信息2->服務(wù)器端明確自己的接收能力是正常。（服務(wù)器端明確的信息）
第二次握手：服務(wù)器端回應(yīng)客戶端的信息，將收到SYN報(bào)文中的seq數(shù)據(jù)加一，將其作為創(chuàng)建的ACK的數(shù)據(jù)，再設(shè)置一個(gè)新的Seq數(shù)據(jù)，將這個(gè)ACK和SYN的報(bào)文發(fā)送回客戶端。在客戶端收到SYN和ACK報(bào)文之后。會(huì)得到的信息為，信息1->服務(wù)器端的接收能力正常，信息2->服務(wù)器端的發(fā)送能力正常，信息3->客戶端的接收能力正常。（客戶端明確的信息）
第三次握手：客戶端回應(yīng)服務(wù)器端的信息，將收到服務(wù)器SYN信息中的Seq數(shù)據(jù)加一，將其作為新的ACK的數(shù)據(jù)。發(fā)送給服務(wù)器端，服務(wù)器收到ACK信息之后，會(huì)確定的信息。信息1->客戶端的接收和發(fā)送能力正常。信息2->服務(wù)器端的接收和發(fā)送能力正常。（服務(wù)器端明確的信息）
經(jīng)過三次握手之后，建立起雙方之間的連接，三次握手主要的作用是來確定客戶端和服務(wù)器端的發(fā)送和接收能力都正常之后才能建立連接。這里其實(shí)會(huì)有疑問，一次，兩次，四次不可以嘛？根據(jù)作用來說，一次和兩次肯定是不能完全讓客戶端和服務(wù)器端來明確對(duì)方的所有的狀態(tài)信息。而四次的話，又會(huì)造成不必要的資源浪費(fèi)，所以三次是最簡(jiǎn)潔明了的，確保兩端都獲取到對(duì)方狀態(tài)信息。
圖片文字只是理論，我們還是需要實(shí)際的行動(dòng)來驗(yàn)證理論，這里來看下使用Wiresshark抓包工具獲取到的信息。
在這里呢，使用nc命令在終端來模擬客戶端連接服務(wù)器，nc -l 6060的為，打開一個(gè)6060的端口。nc 127.0.0.1（IP地址）6060（端口）連接6060端口。左邊的終端可以視作服務(wù)器，右邊的終端視作客戶端。
在抓包工具中這里可以看到四次？不是三次握手嘛？不要著急，看到第四次的信息是TCP窗口更新，所以這個(gè)明確的知道這不是TCP協(xié)議中的握手。
這里看到的是三次的握手，這里主要關(guān)注的幾個(gè)點(diǎn)
SYN：報(bào)文段，不能攜帶數(shù)據(jù)（發(fā)起建立報(bào)文，會(huì)消耗一個(gè)序列號(hào)）
Seq：全稱為sequence number，序列號(hào)（第一次隨機(jī)產(chǎn)生，后續(xù)報(bào)文中累加）很重要
ACK：報(bào)文段，可以攜帶數(shù)據(jù)（確認(rèn)報(bào)文，如果攜帶數(shù)據(jù)，則會(huì)消耗一個(gè)序列號(hào)，如果不攜帶數(shù)據(jù)，則不會(huì)消耗序列號(hào)seq）
Ack：是ACK的序列號(hào)，根據(jù)SYN報(bào)文中的Seq來生成
第一次握手：[SYN] 為報(bào)文段的類型，可以看到在1中的報(bào)文中的Seq為2812367146，這是一個(gè)隨機(jī)產(chǎn)生的序列號(hào)，每一次的報(bào)文都會(huì)有自己的序列號(hào)作為標(biāo)識(shí)。服務(wù)器端接收到這個(gè)SYN報(bào)文之后，知道的信息為，客戶端發(fā)送了一個(gè)建立連接的SYN包，編號(hào)為2812376146。
第二次握手：在2中有兩個(gè)報(bào)文段是[SYN，ACK]，SYN報(bào)文的序列號(hào)seq為一個(gè)新隨機(jī)產(chǎn)生的序列號(hào)587195924，而新創(chuàng)建的ACK報(bào)文的Ack序列號(hào)為2812367147。這里的意思是服務(wù)器端發(fā)出的意思是為兩重，第一個(gè)是建立連接的SYN信息，有自己生成的seq。第二個(gè)是確認(rèn)的ACK信息，將第一次握手收到的SYN信息中的Seq+1作為ACK的序列號(hào)，告訴客戶端，收到了2812376146這個(gè)序列號(hào)的SYN報(bào)文。
第三次握手：在3中只有一個(gè)ACK的報(bào)文，ACK的Ack序號(hào)為587195925。這里的意思是確認(rèn)了服務(wù)器的SYN包，Ack的序號(hào)為第二次握手中SYN包中Seq+1，因?yàn)檫@里的ACK報(bào)文只是確認(rèn)，并沒有攜帶數(shù)據(jù)，所以這里的seq還是第二次握手中ACK的序號(hào)。
通過三次握手的連接之后，下一次報(bào)文中的Seq序列號(hào)為第三次ACK報(bào)文中Seq+1
四次揮手
抓包工具的數(shù)據(jù)也驗(yàn)證了理論，所以接下來我們來看一下斷開連接的四次揮手，同樣從理論到驗(yàn)證，如下圖所示
問題：四次揮手一定是客戶端發(fā)起嘛？
答案：這是不一定的，因?yàn)樵赥CP的連接中，所以只要有任何一端發(fā)起了斷開的請(qǐng)求，對(duì)方收到響應(yīng)之后做出斷開請(qǐng)求的四次揮手，即完成了斷開連接。所以斷開連接的四次揮手可以為客戶端發(fā)起，同樣也可以由服務(wù)器端發(fā)起。
上圖中為客戶端發(fā)起斷開連接的步驟，服務(wù)器端發(fā)起是同樣的道理。
第一次揮手：客戶端發(fā)送一個(gè)FIN和ACK的報(bào)文，序列號(hào)seq為傳輸數(shù)據(jù)包中最后一次的Seq+1，ACK的序列號(hào)Ack則為上一次ACK包中的序列號(hào)。將客戶端的狀態(tài)修改為FIN_WAIT1。服務(wù)器收到之后明確信息->客戶端在等待關(guān)閉。
第二次揮手：服務(wù)器將收到FIN報(bào)文中的Seq數(shù)據(jù)+1作為新ACK報(bào)文的Ack，將收到的ACK報(bào)文中的Ack+1作為新報(bào)文ACK的Seq，將服務(wù)器端的狀態(tài)調(diào)整為CLOSE_WAIT，然后將新的確認(rèn)報(bào)文ACK發(fā)送給客戶端。客戶端收到之后明確信息->服務(wù)器端知曉客戶端在等待關(guān)閉，同時(shí)將客戶端的狀態(tài)調(diào)整為FIN_WAIT2。
第三次揮手：服務(wù)器再次的發(fā)起FIN和ACK的報(bào)文，F(xiàn)IN的Seq是最后一次報(bào)文的Seq+1，ACK報(bào)文的Ack是最后一次ACK報(bào)文的的Ack+1，將服務(wù)器端的狀態(tài)修改為L(zhǎng)AST_ACK。客戶端在收到之后明確信息->服務(wù)器端發(fā)送了最后一次，在等待關(guān)閉。
第四次揮手：客戶端發(fā)起ACK報(bào)文，新的ACK報(bào)文的seq為第三次揮手收到的Ack，而Ack為收到FIN中的Seq+1，將自己的狀態(tài)調(diào)整為TIME_WAIT。服務(wù)器端收到之后明確信息->客戶端關(guān)閉，將服務(wù)器端的狀態(tài)調(diào)整為CLOSED。而客戶端在TIME_WAIT狀態(tài)等待2MSL秒之后，將自己的狀態(tài)調(diào)整為CLOSED。
同樣這里使用抓包工具來驗(yàn)證
這里的數(shù)據(jù)就不一一解讀了，因?yàn)樵谶B接之后，沒有做任何的數(shù)據(jù)傳輸，所以這里的Seq和Ack的序號(hào)和連接的時(shí)候是連續(xù)的。
FIN：報(bào)文段，不能攜帶數(shù)據(jù)（關(guān)閉報(bào)文，會(huì)消耗一個(gè)序列號(hào)）
這里說明一下兩個(gè)點(diǎn)
1：為什么一定要四次揮手，可以看到，在關(guān)閉的時(shí)候，第二次和第三次揮手都是由被動(dòng)方（圖中為服務(wù)器端）發(fā)起，因?yàn)樵谀承r(shí)候可能傳輸?shù)膱?bào)文還沒有傳輸完成，所以先通知客戶端收到關(guān)閉的請(qǐng)求，然后確認(rèn)服務(wù)器端的傳輸都完成之后，再發(fā)起第三次揮手，告訴客戶端要斷開連接。
2：為什么在最后一次揮手之后要等待2MSL再調(diào)整狀態(tài)為CLOSED，兩個(gè)原因，第一，是需要確定已經(jīng)發(fā)出去，因?yàn)锳CK報(bào)文有可能丟失，會(huì)需要重發(fā)。第二，如果立馬關(guān)閉的話，有可能在下一次連接的是相同的IP和端口，為了防止舊連接和新連接的數(shù)據(jù)發(fā)生混亂，所以設(shè)置等待的時(shí)間讓舊連接的數(shù)據(jù)完全關(guān)閉，這樣就不會(huì)讓舊連接和新連接之間數(shù)據(jù)造成混亂。
保障數(shù)據(jù)包有效
TCP是可靠的數(shù)據(jù)連接，可是只是通過三次握手和四次揮手就一定能保證數(shù)據(jù)的傳輸不會(huì)出現(xiàn)問題嘛？當(dāng)然是不可以，所以TCP通過以下的幾個(gè)控制來確保數(shù)據(jù)包的傳輸有效。
一，校驗(yàn)和
1、首先將檢驗(yàn)和置零；
2、然后將TCP偽首部部分，TCP首部部分，數(shù)據(jù)部分都劃分成16位的一個(gè)個(gè)16進(jìn)制數(shù)
3、將這些數(shù)逐個(gè)相加，記得溢出的部分加到最低位上，這是循環(huán)加法：0xc0a8+ 0x0166+……+0x0402=0x9b49
4、最后將得到的結(jié)果取反，則可以得到檢驗(yàn)和位0x64b6
發(fā)送方：原碼相加 ，并將高位疊加到低位，取反 ，得到反碼求和結(jié)果，放入校驗(yàn)和
接收方：將所有原碼 相加，高位疊加， 如全為1，則正確
發(fā)送的數(shù)據(jù)包的二進(jìn)制相加然后取反，目的是檢測(cè)數(shù)據(jù)在傳輸過程中的任何變化。如果收到報(bào)文段的檢驗(yàn)和有差錯(cuò)，TCP將丟棄這個(gè)報(bào)文段和不確認(rèn)收到此報(bào)文段，這時(shí) TCP 發(fā)送數(shù)據(jù)端超時(shí)后會(huì)重發(fā)數(shù)據(jù)；
二. 確認(rèn)應(yīng)答+序列號(hào)
序列號(hào)：TCP傳輸時(shí)將每個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)都進(jìn)行了編號(hào)，這就是序列號(hào)Seq。
確認(rèn)應(yīng)答：TCP傳輸?shù)倪^程中，每次接收方收到數(shù)據(jù)后，都會(huì)對(duì)傳輸方進(jìn)行確認(rèn)應(yīng)答，也就是發(fā)送ACK報(bào)文。這個(gè)ACK報(bào)文當(dāng)中帶有對(duì)應(yīng)的確認(rèn)序列號(hào)，告訴發(fā)送方，接收到了哪些數(shù)據(jù)，下一次的數(shù)據(jù)從哪里發(fā)。
序列號(hào)的作用不僅僅是應(yīng)答的作用，有了序列號(hào)能夠?qū)⒔邮盏降臄?shù)據(jù)根據(jù)序列號(hào)排序，并且去掉重復(fù)序列號(hào)的數(shù)據(jù)。
應(yīng)答機(jī)制：當(dāng) TCP 收到發(fā)自 TCP 連接另一端的數(shù)據(jù)，它將發(fā)送一個(gè)確認(rèn)（累積確認(rèn)：對(duì)所有按序接收的數(shù)據(jù)的確認(rèn)）。這個(gè)確認(rèn)不是立即發(fā)送，通常將推遲幾分之一秒
TCP給發(fā)送的每一個(gè)包進(jìn)行編號(hào)，接收方對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行排序，把有序數(shù)據(jù)傳送給應(yīng)用層。
三，超時(shí)重傳
當(dāng)報(bào)文發(fā)出后在一定的時(shí)間內(nèi)未收到接收方的確認(rèn)，發(fā)送方就會(huì)進(jìn)行重傳（通常是在發(fā)出報(bào)文段后設(shè)定一個(gè)鬧鐘，到點(diǎn)了還沒有收到應(yīng)答則進(jìn)行重傳）
接收方獲取到重復(fù)的數(shù)據(jù)之后，利用序列號(hào)識(shí)別到重復(fù)的數(shù)據(jù)，將其丟棄，再重新發(fā)送ack報(bào)文
四，流量控制
TCP根據(jù)接收端的處理能力，決定發(fā)送端的發(fā)送速度，TCP通過滑動(dòng)窗口來進(jìn)行流量控制
流量窗口：因?yàn)門CP是全雙工通信，通信的任意一方都會(huì)維護(hù)另一方的接收窗口（即接收方當(dāng)前可用的緩存空間），數(shù)據(jù)是動(dòng)態(tài)變化的，緩存空間也是動(dòng)態(tài)的，也稱之為滑動(dòng)窗口
五，擁塞控制
為了避免由于網(wǎng)絡(luò)擁堵而采取的對(duì)發(fā)送方發(fā)送速率的限制稱為擁塞控制
TCP 通過擁塞窗口實(shí)現(xiàn)擁塞避免->TCP 的每一端除了維護(hù)進(jìn)行流量控制的滑動(dòng)窗口外，還會(huì)維護(hù)一個(gè)擁塞窗口（cwnd），擁塞窗口就是對(duì) TCP 發(fā)送方的發(fā)送速率進(jìn)行限制的，具體來說的就是 TCP 會(huì)控制發(fā)送方發(fā)送到連接中的但是還沒有被接收方確認(rèn)的數(shù)據(jù)量。
通過上述的控制，這樣就給數(shù)據(jù)的傳輸安全有了一定的保障。
