《Linux高效能伺服器編程》讀書筆記之tcp協議詳解

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1.TCP頭部結構

TCP頭部結構如所示，其中的諸多欄位為管理TCP串連和控制資料流提供了足夠的資訊。

 16位連接埠號碼：告訴主機該報文段是來自哪裡以及傳給哪個上層的協議或應用程式（目的連接埠）的。

      32位序號：一次TCP通訊過程中某個傳輸方向上的位元組流的每個位元組的編號。假設主機A和主機B進行TCP通訊，A發送給B的第一個TCP報文段中，序號值被系統初始化為某個隨機值ISN。那麼在該傳輸方向上（從A到B），後續的TCP報文段中序號值將被系統設定成ISN加上該報文段所攜帶資料的第一個位元組在整個位元組流中的位移。

      32位確認號：用作對另一方發送來的TCP報文段的相應。其值是收到的TCP報文段值加一。

      4位頭部長度：標識該TCP頭部有多少個32bit。

      16位視窗大小：是TCP流量控制的一個手段。告訴對方本端的TCP接受緩衝區還能容納多少位元組的資料，這樣對方就可以控制發送資料的速度。

2.TCP串連的建立和關閉

     用tcpdump抓取TCP三向交握與四次揮手的報文如下：

      圖示如下：

      TCP串連是全雙工系統的，所以它允許兩個方向的資料轉送被獨立關閉。也就是說，通訊一方可以發送結束報文段給對方，告訴它本端已經完成了資料的發送，但允許繼續接受來自對方的資料，直到對方也發送結束報文以關閉串連，TCP稱這種狀態為半關閉狀態，如所示：

      socket網路編程介面shutdown函數提供了對半關閉的支援。當調用close()函數時，表示讀寫同時關閉，這時兩端同時關閉socket串連。當調用shutdown時，可以指定只關閉寫，此時進入到半關閉狀態。

3.TCP狀態轉移

      主動關閉TCP串連的一方在接收對方的結束報文段後，並沒有直接進入到CLOSED狀態，而是轉移到TIME_WAIT狀態。這個狀態，一般持續2MSL（Maximum Segment Life，報文段最大存留時間）的時間，才能完全關閉。這麼做主要是保證對方能收到對結束報文段的ACK，確保網路能可靠的終止。我們可以通過socket選項SO_REUSEADDR來強制進程立即使用處於TIME_WAIT狀態的串連佔用的連接埠。

4.複位報文段

     有三種情況會使TCP串連的一端向另一端發送攜帶RST標誌的報文段。

（1）訪問不存在的連接埠

      當用戶端程式訪問一個不存在的連接埠時，目標主機將給它發送一個複位報文段。

（2）異常終止串連

      TCP提供了一個異常終止串連的方式，即給對方發送一個複位報文段。一旦發送了複位報文段，發送端所有排隊等待發送的資料都將被丟棄。

 （3）處理半開啟串連

      TCP的一端關閉或異常終止了串連，而對方沒有收到結束報文，此時另一端還維持著原來的連結。我們稱此時的狀態為半開啟狀態。如果此時往處於半開啟狀態的串連寫入資料，則對方會回應一個複位報文段。

5.TCP逾時重傳

     TCP為每個TCP報文都維護一個重傳定時器，該定時器在TCP報文段第一次被發送時啟動。如果逾時時間內未收到對方的應答，TCP模組將重傳TCP報文段並重設定時器。一般逾時一次，TCP定時器的時間會翻一倍。最多重傳的次數由核心的參數給出。

《Linux高效能伺服器編程》讀書筆記之tcp協議詳解