TCP 协议

一、连接建立与关闭

Header Format

   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |          Source Port          |       Destination Port        |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |                        Sequence Number                        |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |                    Acknowledgment Number                      |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |  Data |           |U|A|P|R|S|F|                               |
   | Offset| Reserved  |R|C|S|S|Y|I|            Window             |
   |       |           |G|K|H|T|N|N|                               |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |           Checksum            |         Urgent Pointer        |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |                    Options                    |    Padding    |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |                             data                              |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

TCP Connection State Diagram

                              +---------+ ---------\      active OPEN
                              |  CLOSED |            \    -----------
                              +---------+<---------\   \   create TCB
                                |     ^              \   \  snd SYN
                   passive OPEN |     |   CLOSE        \   \
                   ------------ |     | ----------       \   \
                    create TCB  |     | delete TCB         \   \
                                V     |                      \   \
                              +---------+            CLOSE    |    \
                              |  LISTEN |          ---------- |     |
                              +---------+          delete TCB |     |
                   rcv SYN      |     |     SEND              |     |
                  -----------   |     |    -------            |     V
 +---------+      snd SYN,ACK  /       \   snd SYN          +---------+
 |         |<-----------------           ------------------>|         |
 |   SYN   |                    rcv SYN                     |   SYN   |
 |   RCVD  |<-----------------------------------------------|   SENT  |
 |         |                    snd ACK                     |         |
 |         |------------------           -------------------|         |
 +---------+   rcv ACK of SYN  \       /  rcv SYN,ACK       +---------+
   |           --------------   |     |   -----------
   |                  x         |     |     snd ACK
   |                            V     V
   |  CLOSE                   +---------+
   | -------                  |  ESTAB  |
   | snd FIN                  +---------+
   |                   CLOSE    |     |    rcv FIN
   V                  -------   |     |    -------
 +---------+          snd FIN  /       \   snd ACK          +---------+
 |  FIN    |<-----------------           ------------------>|  CLOSE  |
 | WAIT-1  |------------------                              |   WAIT  |
 +---------+          rcv FIN  \                            +---------+
   | rcv ACK of FIN   -------   |                            CLOSE  |
   | --------------   snd ACK   |                           ------- |
   V        x                   V                           snd FIN V
 +---------+                  +---------+                   +---------+
 |FINWAIT-2|                  | CLOSING |                   | LAST-ACK|
 +---------+                  +---------+                   +---------+
   |                rcv ACK of FIN |                 rcv ACK of FIN |
   |  rcv FIN       -------------- |    Timeout=2MSL -------------- |
   |  -------              x       V    ------------        x       V
    \ snd ACK                 +---------+delete TCB         +---------+
     ------------------------>|TIME WAIT|------------------>| CLOSED  |
                              +---------+                   +---------+

TCP 连接建立(三次握手)

1. A(CLOSED) -> 主动打开，发送 SYN -> A(SYN-SENT)
2. B(CLOSED) -> 收到 SYN，被动打开 -> B(LISTEN) -> 回复 SYN,ACK -> B(SYN-RECEIVED)
3. A(SYN-SENT) -> 收到 SYN,ACK，发送 ACK -> A(ESTABLISHED)
4. B(SYN-RECEIVED) -> 收到 ACK -> B(ESTABLISHED)

TCP 关闭建立(四次挥手)

1. A(ESTABLISHED) ->主动发送 FIN -> A(FIN-WAIT-1)
2. B(ESTABLISHED) -> 收到 FIN，发送 ACK -> B(CLOSE-WAIT)
3. A(FIN-WAIT-1) -> 收到 ACK -> A(FIN-WAIT-2)
4. B(CLOSE-WAIT) -> 发送 FIN -> B(LAST-ACK)
5. A(FIN-WAIT-2) -> 收到 FIN，发送 ACK -> A(TIME-WAIT) -> 等待 2MSL -> A(CLOSED)
6. B(LAST-ACK) -> 收到 ACK -> B(CLOSED)

由于拜占庭将军问题(Two Generals Problem)，不可能保证两个对等点都能实现干净的关闭

二、滑动窗口

解决网络传输中的问题：丢包和重复包，包出错，包传输乱序

实现：维护一个发送方和接收方的缓冲区

正常情况下：

窗口中的数据已发送的在等待回应，一旦有回应窗口就会前进，待发送的会发出去

当 4 号数据包得到回应后如下图，8、9 号包被发送了出去，并把 11 号包读了进来

丢包（Ack，确认字符）情况下：

窗口中的数据已经全部发送，但是没有拿到 5 号包的回应（Ack）就一直等待，对方如果收到了 5 号后的包是不会发 Ack 的，要保证数据包的传输顺序

如果一直没有收到 Ack，TCP 协议有超时重传机制，会重新从 5 号包开始发，下图就是重发后对方收到了 5 号包，并把之前确认过的包的 Ack 一起发送了过来

 

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https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc793.html

https://coolshell.cn/articles/11564.html & https://coolshell.cn/articles/11609.html

https://www.ruanyifeng.com/blog/2017/06/tcp-protocol.html

https://mp.weixin.qq.com/s/Uf42QEL6WUSHOwJ403FwOA