tcp连接传输全过程(简述一个tcp连接的过程)

什么是TCP呢？由三个单词组成的Transport Control Protocol，字面理解是传输控制协议，可以理解为比特同学要想在网络泳池里游泳，那么他必须学习传输层控制技能，并且要掌握相应的动作——协议，他才能在畅游世界网络这个超大型游泳池。TCP：一个传输层协议，提供Host-To-Host的可靠传输，支持全双工，是一个面向连接的协议。TCP工作在传输层，它的上层是应用层，应用就是人们常用的微信、抖音、王者荣耀等服务工作的协议。两台不同的设备使用微信聊天，发送语音，需要实现Host-To-Host的数据通信，那么就可以直接调用TCP协议进行。调用TCP通信时需要指定通信的端口，不同的端口对应不同应用，不同IP对应不同的主机，也就是不同的设备。这就涉及到网络地址——IP地址，工作在网络层，当然TCP层只负责把对应的IP地址和端口传给网络层即可，具体业务由网络层来实现。互联网层，即Network Layer，提供地址和地址间的通信，只关注地址到地址Address-To-Address间通信，具体设备间通信由数据链路层实现，数据链路层关注MAC地址间通信，具体的物理设备，传输介质由物理层负责。以上就是TCP/IP协议常用的层级分割，最终目的就是为Host-To-Host服务，实现应用到应用的通信服务。什么是连接和会话呢？连接事需要通信双方相互配合来实现的，是双方达成的一种即时的状态约定，保证通信双方都在线，都有能力为接下来的数据传输做出尽快的响应，我们称之为连接。连接是网络行为状态的记录，既然连接需要双方共同努力，那么就需要双方都有一个对象来记忆当前传输的数据类型，对方的端口、已经传输了多少，效率怎么样等等一些关注点。那么与之相关联的另一个名词会话（Session），是什么意思呢，会话是应用的行为。大家每次用微信聊天时都会有一个窗口，用来发送信息，你来我往，这个窗口中会有很多条信息，我们称之为会话，当我们在会话进行中，连接一定是在通信状态的。聊一会，累了，退出微信了，但是一般我们不会删除我们的会话内容，这时会话还在，但是连接已经中断。双工/单工问题想想自己理解的是什么？单工：任何时间，数据只能单向发送，单工至少需要一条线路半全双工：某一时候可以双向发送数据，至少需要一条线路全双工：任何时刻都可以双向发送数据，大于一条线路这里线路不一定真实存在物理线路，可能采用模拟的形式实现TCP是一个全双工协议，数据任何时刻都可以双向发送，这说明服务器和客户端可以根据需要选择任意时刻发送和接收信息，所以呢都可以被称为主机（Host）可靠性的定义TCP可以提供可靠性，那么可靠性具体的实现方式是什么呢？可靠性指数据无损传输。发送主机按照顺序发送数据，数据通过网络传输，收不同网络条件限制，数据不会按照发送时的顺序到达接收方，这时我们就需要一种算法来保证接收方可以还原出发送方的顺序。这里还有一个概念叫多播，发送方同时发送给多个接收方信息，如果接收方中有一个接收到了这条信息，我们的可靠性就必须保证其他接收方也必须接收到相同的信息，这里我们不讨论多播。TCP的握手和挥手TCP是一个面向连接的连接的协议，握手是建立连接的过程，挥手是断开连接的过程。TCP的基本操作以上三种操作以后，另一方必须立即给发起方返回一个ACK（Ackknowledgement），这是TCP保证可靠性的要求。如果一方不回复发送方ACK，发送方则认为接收方没有收到信息，会重新发送。建立连接的过程-三次握手三次握手的形成和TCP要求每次发送方发送信息以后，接收方必须返回ACK确认有直接的关系上图描述了TCP建立连接的过程，分为6步：TCP建立连接的过程如上，那么为什么是三次呢？第二步服务端做准备，因为是首次收到发送数据请求，无需处理，可以立刻进入数据交互状态，所以可以立刻发送给客户端SYN，告诉客户端，我已准备好，所以第三步和第四步可以合并为一次握手——ACK-SYN，然后客户端回应ACK，连接建立完成以上就是三次握手了具体在数据交互过程，ACK和SYN等需要用标识位来标记，在实际应用中，我们一般使用1来表示开启，0表示关闭。那么四次挥手为什么是四次呢，主要是因为，挥手时服务端收到FIN以后，不能马上回复FIN，因为自身还有任务没有处理完，所以上面所说的6步中，第3、4步就不能一起回复，只能先回复ACK，等自身任务处理完毕，才能告诉客户端，我已经准备好，可以关闭连接，这样就需要4次数据交互，如下图：

TCP/IP协议（又名：网络通讯协议）即传输控制协议/互联网协议，是一个网络通信模型，以及一整个网络传输协议家族。这一模型是Internet最基本的协议，也是Internet国际互联网络的基础，由网络层的IP协议和传输层的TCP协议组成。 其定义了电子设备如何连入因特网，以及数据如何在它们之间传输的标准。TCP负责发现传输的问题，而IP是给因特网的每一台联网设备规定一个地址。 为了减少网络设计的复杂性，大多数网络都采用分层结构。对于不同的网络，层的数量、名字、内容和功能都不尽相同。在相同的网络中，一台机器上的第N层与另一台机器上的第N层可利用第N层协议进行通信，协议基本上是双方关于如何进行通信所达成的一致。不同机器中包含的对应层的实体叫做对等进程。在对等进程利用协议进行通信时，实际上并不是直接将数据从一台机器的第N层传送到另一台机器的第N层，而是每一层都把数据连同该层的控制信息打包交给它的下一层，它的下一层把这些内容看做数据，再加上它这一层的控制信息一起交给更下一层，依此类推，直到最下层。最下层是物理介质，它进行实际的通信。相邻层之间有接口，接口定义下层向上层提供的原语操作和服务。相邻层之间要交换信息，对等接口必须有一致同意的规则。层和协议的集合被称为网络体系结构。每一层中的活动元素通常称为实体，实体既可以是软件实体，也可以是硬件实体。第N层实体实现的服务被第N+1层所使用。在这种情况下，第N层称为服务提供者，第N+1层称为服务用户。服务是在服务接入点提供给上层使用的。服务可分为面向连接的服务和面向无连接的服务，它在形式上是由一组原语来描述的。这些原语可供访问该服务的用户及其他实体使用。TCP是面向连接的通信协议，通过三次握手建立连接，通讯完成时要拆除连接，由于TCP是面向连接的所以只能用于端到端的通讯。TCP提供的是一种可靠的数据流服务，采用“带重传的肯定确认”技术来实现传输的可靠性。TCP还采用一种称为“滑动窗口”的方式进行流量控制，所谓窗口实际表示接收能力，用以限制发送方的发送速度。如果IP数据包中有已经封好的TCP数据包，那么IP将把它们向‘上’传送到TCP层。TCP将包排序并进行错误检查，同时实现虚电路间的连接。TCP数据包中包括序号和确认，所以未按照顺序收到的包可以被排序，而损坏的包可以被重传。TCP将它的信息送到更高层的应用程序，例如Telnet的服务程序和客户程序。应用程序轮流将信息送回TCP层，TCP层便将它们向下传送到IP层，设备驱动程序和物理介质，最后到接收方。 面向连接的服务（例如 Telnet、 FTP、 rlogin、 X Windows和 SMTP）需要高度的可靠性，所以它们使用了TCP。DNS在某些情况下使用TCP（发送和接收 域名数据库），但使用UDP传送有关单个主机的信息。

TCP是因特网中的传输层协议，使用三次握手协议建立连接，下面是TCP建立连接的全过程。 上图画出了TCP建立连接的过程。假定主机A是TCP客户端，B是服务端。最初两端的TCP进程都处于CLOSED状态。图中在主机下面的是TCP进程所处的状态。A是主动打开连接，B是被动打开连接。首先A向B发出连接请求报文段，这时首部中的同步位SYN=1，同时选择一个初始序号seq=x。TCP规定，SYN报文段不能携带数据，但要消耗掉一个序号。这时，A进入SYN-SENT状态。B收到请求后，向A发送确认。在确认报文段中把SYN和ACK位都置为1，确认号是ack=x+1,同时也为自己选择一个初始序号seq=y。请注意，这个报文段也不能携带数据，但同样要消耗掉一个序号。这时B进入SYN-RCVD状态。A收到B的确认后，还要向B给出确认。确认报文段的ACK置为1，确认号ack=y+1，而自己的序号seq=x+1。这时，TCP连接已经建立，A进入ESTABLISHED状态，当B收到A的确认后，也会进入ESTABLISHED状态。以上给出的连接建立过程就是常说的TCP三次握手。为什么A还要发送一次确认呢?这主要是为了防止已失效的连接请求报文段突然又传送到了B，因而产生错误。所谓已失效的连接请求报文段是这样产生的。A发送连接请求，但因连接请求报文丢失而未收到确认，于是A重发一次连接请求，成功后建立了连接。数据传输完毕后就释放了连接。现在假定A发出的第一个请求报文段并未丢失，而是在某个网络节点长时间滞留了，以致延误到连接释放以后的某个时间才到达B。本来这是一个早已失效的报文段。但B收到此失效的连接请求报文段后，就误以为A又发了一次新的连接请求，于是向A发出确认报文段，同意建立连接。假如不采用三次握手，那么只要B发出确认，新的连接就建立了。由于A并未发出建立连接的请求，因此不会理睬B的确认，也不会向B发送数据。但B却以为新的运输连接已经建立了，并一直等待A发来数据，因此白白浪费了许多资源。 采用TCP三次握手的方法可以防止上述现象发生。例如在刚才的情况下，由于A不会向B的确认发出确认，连接就不会建立。下面留个思考题给大家：如果在TCP第三次握手中的报文段丢失了会发生什么情况?

在计算机网络的经典五层协议中，TCP属于运输层，实现了进程间的通信，保证了数据的可靠传输，属于计算机网络协议族中最重要的协议之一，那么TCP是如何实现可靠数据传输的呢？运输层的进程间通信是通过socket实现的，socket是一个抽象的概念，在Linux系统中以文件的形式存在。网络层通过IP来区分主机，运输层则增加了端口的概念来区分进程。TCP协议中使用目标IP、目标端口、源IP、源端口来定义一个socket，只需要在运输层的报文头部附加上这些信息，目标主机就会知道数据要发送那个socket，对应监听该socket的进程就可以收到数据进行处理。TCP报文包括首部和数据部分，首部附加了TCP报文的信息，首部长度固定部分为20字节，还有40字节的可选部分，具体如下图所示：其中几个关键字段的作用如下：网络层只管尽可能将数据从一个主机发送到另一个主机，并不保证数据可靠到达，由于网络环境总是不稳定的，可能存在丢包、差错等请求，TCP则通过一系列的机制在运输层保证了数据的可靠传输。网络传输可能发生的异常情况和解决方法：要实现可靠传输，最简单的方法就是发送方发送一个报文，接收方收到报文后发送确认报文表示我收到了，你可以发下一个了，传输模型如下：这种方式保证可靠传输称为停止等待协议，这种方式缺点也很明显，效率非常低。为了提高传输效率，充分利用带宽，发送方会连续的发送数据包，如下图所示：客户端不等收到前一个包的确认报文就开始不断的发下一个包，这样可以充分利用网络带宽，提高传输效率，但是于此同时也带来了另外的问题，那么TCP是如何解决这些问题的？累计确认：网络中充斥着大量的发送包和确认回复报文，这些数据只是为了确认报文到达，并不是实际需要传输的数据。是不是一定要每一个报文都要发一个回复确认的报文呢，TCP采用了累计确认的方法：接收方在累计收到了一定量的数据包后发送一个确认报文告诉发送方在此之前的数据包都已经收到了，这样便可以减少确认报文的数量，提高带宽利用率。GBN（回退n步）：如果发生丢包的情况，在连续ARQ中，如果接受方收到了123 567个字节，编号为4字节的包丢失了，按照累计确认只能发送3的确认回复，567都要丢掉，因为发送发会进行重传。选择确认ACK：在TCP报文头部的选项字段部分设置已收到的报文，每一段用两个边界来确定，比如上述情况可以用[1,3]和[5,7]来表示，客户端就会根据选项只重传丢失的数据段。因为接收方读数据的能力有限，发送发不能一直发送报文直到把缓冲区所有数据发送完，这样会导致接收方无法接收丢弃掉数据包，发送方收不到确认认为超时又会继续重传，产生了大量无用数据的重传。对此情况TCP使用滑动窗口来解决，基本模型如下：滑动窗口机制实现了TCP的流量控制，不至于发送太快导致太多的数据丢弃和重传。为了避免网络过分拥挤导致丢包严重，传输效率低，TCP实现了拥塞控制机制，拥塞控制的解决办法本质上是流量控制，控制发送方发送的速度，而上文提到流量控制是通过滑动窗口来实现的，所以最终也是通过调整发送方的滑动窗口大小来实现的。拥塞控制的几个重要的概念：慢启动、拥塞避免、快恢复、快重传Reno算法是比较常见的TCP实现的拥塞控制算法，其他拥塞算法还有Tahoe（已废弃不用）、New Reno等，通过拥塞控制算法可以很大程度避免网络拥挤。【书籍】计算机网络：自顶向下方法【码农有道】 这一篇TCP总结请收下

最简单形象地说，TCP协议依靠三次握手原则。即：客户端向服务器发出请求、服务器端同意客户端的请求、客户端向服务器端传输数据。