TCP報(bào)文簡(jiǎn)介
TCP報(bào)文格式
TCP/IP協(xié)議的詳細(xì)信息參看《TCP/IP協(xié)議詳解》三卷本。下面是TCP報(bào)文格式圖：
上圖中有幾個(gè)字段需要重點(diǎn)介紹下：
（1）序號(hào)：Seq序號(hào)，占32位，用來(lái)標(biāo)識(shí)從TCP源端向目的端發(fā)送的字節(jié)流，發(fā)起方發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)對(duì)此進(jìn)行標(biāo)記。
（2）確認(rèn)序號(hào)：Ack序號(hào)，占32位，只有ACK標(biāo)志位為1時(shí)，確認(rèn)序號(hào)字段才有效，Ack=Seq+1。
（3）標(biāo)志位：共6個(gè)，即URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN等，具體含義如下：
（A）URG：緊急指針（urgent pointer）有效。
（B）ACK：確認(rèn)序號(hào)有效。
（C）PSH：接收方應(yīng)該盡快將這個(gè)報(bào)文交給應(yīng)用層。
（D）RST：重置連接。
（E）SYN：發(fā)起一個(gè)新連接。
（F）FIN：釋放一個(gè)連接。
需要注意的是：
（A）不要將確認(rèn)序號(hào)Ack與標(biāo)志位中的ACK搞混了。
（B）確認(rèn)方Ack=發(fā)起方Req+1，兩端配對(duì)。 （大寫(xiě)ACK表示報(bào)文中的一個(gè)標(biāo)志位）
TCP建立過(guò)程（三次握手）
所謂三次握手（Three-Way Handshake）即建立TCP連接，就是指建立一個(gè)TCP連接時(shí)，需要客戶(hù)端和服務(wù)端總共發(fā)送3個(gè)包以確認(rèn)連接的建立。
（1）第一次握手：Client將標(biāo)志位SYN置為1，隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)值seq=J，并將該數(shù)據(jù)包發(fā)送給Server，Client進(jìn)入SYN_SENT狀態(tài)，等待Server確認(rèn)。
（2）第二次握手：Server收到數(shù)據(jù)包后由標(biāo)志位SYN=1知道Client請(qǐng)求建立連接，Server將標(biāo)志位SYN和ACK都置為1，ack=J+1，隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)值seq=K，并將該數(shù)據(jù)包發(fā)送給Client以確認(rèn)連接請(qǐng)求，Server進(jìn)入SYN_RCVD狀態(tài)。
（3）第三次握手：Client收到確認(rèn)后，檢查ack是否為J+1，ACK是否為1，如果正確則將標(biāo)志位ACK置為1，ack=K+1，并將該數(shù)據(jù)包發(fā)送給Server，Server檢查ack是否為K+1，ACK是否為1，如果正確則連接建立成功，Client和Server進(jìn)入ESTABLISHED狀態(tài)，完成三次握手，隨后Client與Server之間可以開(kāi)始傳輸數(shù)據(jù)了。
注意：三次握手的序列號(hào)和確認(rèn)號(hào)，如果用（序列號(hào)，確認(rèn)號(hào)）表示一次握手，則三次握手的過(guò)程序列號(hào)和確認(rèn)號(hào)如下：
第1步：客戶(hù)端向服務(wù)器發(fā)送一個(gè)同步數(shù)據(jù)包請(qǐng)求建立連接，該數(shù)據(jù)包中，初始序列號(hào)（ISN）是客戶(hù)端隨機(jī)產(chǎn)生的一個(gè)值，確認(rèn)號(hào)是0；
第2步：服務(wù)器收到這個(gè)同步請(qǐng)求數(shù)據(jù)包后，會(huì)對(duì)客戶(hù)端進(jìn)行一個(gè)同步確認(rèn)。這個(gè)數(shù)據(jù)包中，序列號(hào)（ISN）是服務(wù)器隨機(jī)產(chǎn)生的一個(gè)值，確認(rèn)號(hào)是客戶(hù)端的初始序列號(hào)+1；
第3步：客戶(hù)端收到這個(gè)同步確認(rèn)數(shù)據(jù)包后，再對(duì)服務(wù)器進(jìn)行一個(gè)確認(rèn)。該數(shù)據(jù)包中，序列號(hào)是上一個(gè)同步請(qǐng)求數(shù)據(jù)包中的確認(rèn)號(hào)值，確認(rèn)號(hào)是服務(wù)器的初始序列號(hào)+1。
1、（X,0）
2、（Y,X+1）
3、（X+1，Y+1）
TCP斷開(kāi)連接過(guò)程（四次揮手）
【注意】中斷連接端可以是Client端，也可以是Server端。
假設(shè)Client端發(fā)起中斷連接請(qǐng)求，也就是發(fā)送FIN報(bào)文。Server端接到FIN報(bào)文后，意思是說(shuō)"我Client端沒(méi)有數(shù)據(jù)要發(fā)給你了"，但是如果你還有數(shù)據(jù)沒(méi)有發(fā)送完成，則不必急著關(guān)閉Socket，可以繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)。所以你先發(fā)送ACK，"告訴Client端，你的請(qǐng)求我收到了，但是我還沒(méi)準(zhǔn)備好，請(qǐng)繼續(xù)你等我的消息"。這個(gè)時(shí)候Client端就進(jìn)入FIN_WAIT狀態(tài)，繼續(xù)等待Server端的FIN報(bào)文。當(dāng)Server端確定數(shù)據(jù)已發(fā)送完成，則向Client端發(fā)送FIN報(bào)文，"告訴Client端，好了，我這邊數(shù)據(jù)發(fā)完了，準(zhǔn)備好關(guān)閉連接了"。Client端收到FIN報(bào)文后，"就知道可以關(guān)閉連接了，但是他還是不相信網(wǎng)絡(luò)，怕Server端不知道要關(guān)閉，所以發(fā)送ACK后進(jìn)入TIME_WAIT狀態(tài)，如果Server端沒(méi)有收到ACK則可以重傳?！?，Server端收到ACK后，"就知道可以斷開(kāi)連接了"。Client端等待了2MSL后依然沒(méi)有收到回復(fù)，則證明Server端已正常關(guān)閉，那好，我Client端也可以關(guān)閉連接了。Ok，TCP連接就這樣關(guān)閉了！
由于TCP連接時(shí)全雙工的，因此，每個(gè)方向都必須要單獨(dú)進(jìn)行關(guān)閉，這一原則是當(dāng)一方完成數(shù)據(jù)發(fā)送任務(wù)后，發(fā)送一個(gè)FIN來(lái)終止這一方向的連接，收到一個(gè)FIN只是意味著這一方向上沒(méi)有數(shù)據(jù)流動(dòng)了，即不會(huì)再收到數(shù)據(jù)了，但是在這個(gè)TCP連接上仍然能夠發(fā)送數(shù)據(jù)，直到這一方向也發(fā)送了FIN。首先進(jìn)行關(guān)閉的一方將執(zhí)行主動(dòng)關(guān)閉，而另一方則執(zhí)行被動(dòng)關(guān)閉，上圖描述的即是如此。
第一次揮手：Client發(fā)送一個(gè)FIN，用來(lái)關(guān)閉Client到Server的數(shù)據(jù)傳送，Client進(jìn)入FIN_WAIT_1狀態(tài)。
第二次揮手：Server收到FIN后，發(fā)送一個(gè)ACK給Client，確認(rèn)序號(hào)為收到序號(hào)+1（與SYN相同，一個(gè)FIN占用一個(gè)序號(hào)），Server進(jìn)入CLOSE_WAIT狀態(tài)。
第三次揮手：Server發(fā)送一個(gè)FIN，用來(lái)關(guān)閉Server到Client的數(shù)據(jù)傳送，Server進(jìn)入LAST_ACK狀態(tài)。
第四次揮手：Client收到FIN后，Client進(jìn)入TIME_WAIT狀態(tài)，接著發(fā)送一個(gè)ACK給Server，確認(rèn)序號(hào)為收到序號(hào)+1，Server進(jìn)入CLOSED狀態(tài)，完成四次揮手。
四次揮手的序列號(hào)和確認(rèn)號(hào)
（u，0）
（v，u+1）
（w，u+1）
（u+1，w+1）
上面是一方主動(dòng)關(guān)閉，另一方被動(dòng)關(guān)閉的情況，實(shí)際中還會(huì)出現(xiàn)同時(shí)發(fā)起主動(dòng)關(guān)閉的情況，具體流程如下圖：
【問(wèn)題1】為什么連接的時(shí)候是三次握手，關(guān)閉的時(shí)候卻是四次握手？
答：因?yàn)楫?dāng)Server端收到Client端的SYN連接請(qǐng)求報(bào)文后，可以直接發(fā)送SYN+ACK報(bào)文。其中ACK報(bào)文是用來(lái)應(yīng)答的，SYN報(bào)文是用來(lái)同步的。但是關(guān)閉連接時(shí)，當(dāng)Server端收到FIN報(bào)文時(shí)，很可能并不會(huì)立即關(guān)閉SOCKET，所以只能先回復(fù)一個(gè)ACK報(bào)文，告訴Client端，"你發(fā)的FIN報(bào)文我收到了"。只有等到我Server端所有的報(bào)文都發(fā)送完了，我才能發(fā)送FIN報(bào)文，因此不能一起發(fā)送。故需要四步握手。
【問(wèn)題2】為什么TIME_WAIT狀態(tài)需要經(jīng)過(guò)2MSL(最大報(bào)文段生存時(shí)間)才能返回到CLOSE狀態(tài)？
答：雖然按道理，四個(gè)報(bào)文都發(fā)送完畢，我們可以直接進(jìn)入CLOSE狀態(tài)了，但是我們必須假象網(wǎng)絡(luò)是不可靠的，有可以最后一個(gè)ACK丟失。所以TIME_WAIT狀態(tài)就是用來(lái)重發(fā)可能丟失的ACK報(bào)文。
為什么是2MSL，主要是為了考慮到如果最后一個(gè)ACK丟失，服務(wù)端會(huì)重新發(fā)FIN，客戶(hù)端等待2MSL，才能接收到服務(wù)端重新發(fā)送的FIN報(bào)文。
【問(wèn)題3】RST的作用
RST表示復(fù)位，用來(lái)異常的關(guān)閉連接，在TCP的設(shè)計(jì)中它是不可或缺的。就像上面說(shuō)的一樣，發(fā)送RST包關(guān)閉連接時(shí)，不必等緩沖區(qū)的包都發(fā)出去（不像上面的FIN包），直接就丟棄緩存區(qū)的包發(fā)送RST包。而接收端收到RST包后，也不必發(fā)送ACK包來(lái)確認(rèn)。
TCP處理程序會(huì)在自己認(rèn)為的異常時(shí)刻發(fā)送RST包。例如，A向B發(fā)起連接，但B之上并未監(jiān)聽(tīng)相應(yīng)的端口，這時(shí)B操作系統(tǒng)上的TCP處理程序會(huì)發(fā)RST包。
又比如，AB正常建立連接了，正在通訊時(shí)，A向B發(fā)送了FIN包要求關(guān)連接，B發(fā)送ACK后，網(wǎng)斷了，A通過(guò)若干原因放棄了這個(gè)連接（例如進(jìn)程重啟）。網(wǎng)通了后，B又開(kāi)始發(fā)數(shù)據(jù)包，A收到后表示壓力很大，不知道這野連接哪來(lái)的，就發(fā)了個(gè)RST包強(qiáng)制把連接關(guān)了，B收到后會(huì)出現(xiàn)connect reset by peer錯(cuò)誤。
【問(wèn)題4】當(dāng)URG=1時(shí)
緊急比特URG——當(dāng)URG＝1時(shí)，表明緊急指針字段有效。它告訴系統(tǒng)此報(bào)文段中有緊急數(shù)據(jù)，應(yīng)盡快傳送(相當(dāng)于高優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù))。
