TCP协议

TCP的特点

TCP的主要特点

• 面向连接：通信前需建立连接，通信后需释放连接
• 点对点通信：每条TCP连接只有两个端点
• 可靠交付：确保数据正确、完整、有序到达
• 全双工通信：双方可同时发送和接收数据
• 面向字节流：数据被视为无结构的字节序列
  • TCP 中的“流”(stream) 指的是流入或流出进程的字节序列
  • 面向字节流：虽然应用程序和 TCP 的交互是一次一个数据块，但 TCP 把应用程序交下来的数据看成仅仅是一连串无结构的字节流

面向字节流

• TCP将应用层交下来的数据看作字节流
• 不保留应用层数据的边界
• 接收方可能一次收到多个应用层数据块，也可能一个数据块分多次收到

TCP如何实现可靠传输

• 理想传输条件的特点
  • 传输信道不产生差错
  • 不管发送方以多快的速度发送数据， 接收方总是来得及处理收到的数据
  • 在理想传输条件下，不需要采取任何措施就能够实现可靠传输
  • 但实际网络都不具备理想传输条件，必须使用一些可靠传输协议 ，在不可靠的传输信道实现可靠传输

停止等待协议

工作方式

• 每发送完一个分组就停止发送， 等待对方的确认
• 在收到确认后再发送下一个分组
• 全双工通信的双方既是发送方也是接收方
• 假设仅考虑 A 发送数据， 而 B 接收数据并发送确认 ，因此 A 叫做发送方， 而 B 叫做接收方

差错处理

流水线传输

• 提高传输效率

连续ARQ协议

发送窗口滑动

• 发送窗口滑动：发送方每收到一个确认， 就把发送窗口向前滑动一个分组的位置

累积确认

• 累积确认：接收方对按序到达的最后一个分组发送确认， 表示：到这个分组为止的所有分组都已正确收到了

TCP报文首部格式

• 源端口和目的端口
  • 源端口和目的端口各占 2 字节
  • 端口是传输层与应用层的服务接口
• 序号
  • 序号占 4 字节。
  • TCP 连接中传送的数据流中的每一个字节都有一个序号
  • 序号字段的值则指的是本报文段所发送的数据的第一个字节的序号
• 确认号
  • 占 4 字节， 是期望收到对方的下一个报文段的数据的第一个字节的序号
• 数据偏移
  • 即首部长度，占 4 位， 指出 TCP 报文段的数据起始处距离 TCP 报文段的起始处有多远
  • 单位是 32 位字（ 以 4 字节为计算单位）
• 保留
  • 占 6 位 ，保留为今后使用 ，但目前应置为 0
• 紧急 URG
  • 控制位
  • 当 URG = 1 时， 表明紧急指针字段有效， 告诉系统此报文段中有紧急数据， 应尽快传送 (相当于高优先级的数据)
• 确认 ACK
  • 控制位
  • 只有当 ACK =1 时， 确认号字段才有效
  • 当 ACK =0 时， 确认号无效
• 推送 PSH (PuSH)
  • 控制位
  • 接收 TCP 收到 PSH = 1 的报文段后， 就尽快（ 即 “推送” 向前） 交付接收应用进程， 而不再等到整个缓存都填满后再交付
• 复位 RST (ReSeT)
  • 控制位
  • 当 RST=1 时， 表明 TCP 连接中出现严重差错（ 如主机崩溃或其他原因）， 必须释放连接， 然后再重新建立运输连接
• 同步 SYN (SYNchronization)
  • 控制位
  • 同步 SYN = 1 表示这是一个连接请求或连接接受报文
    • 当 SYN = 1 ，ACK = 0 时， 表明这是一个连接请求报文段
    • 当 SYN = 1 ，ACK = 1 时， 表明这是一个连接接受报文段
• 终止 FIN (FINish)
  • 控制位
  • 用来释放一个连接
  • FIN=1 表明此报文段的发送端的数据已发送完毕， 并要求释放运输连接
• 窗口
  • 占 2 字节
  • 窗口值告诉对方：从本报文段首部中的确认号算起， 接收方目前允许对方发送的数据量（ 以字节为单位）
• 检验和
  * 占 2 字节
  * 检验和字段检验的范围包括首部和数据这两部分
• 紧急指针
  • 占 2 字节
  • 在 URG = 1时， 指出本报文段中的紧急数据的字节数（ 紧急数据结束后就是普通数据）， 指出了紧急数据的末尾在报文段中的位置
• 选项
  • 长度可变， 最长可达 40 字节
    • 最大报文段长度 MSS
    • 窗口扩大
    • 时间戳
• 填充
  • 使整个 TCP 首部长度是 4 字节的整数倍
• 最大报文段长度 MSS
  • 最大报文段长度 MSS (Maximum Segment Size) 是每个 TCP 报文段中的数据字段的最大长度MSS
  • 告诉对方 TCP：“我的缓存所能接收的报文段的数据字段的最大长度是 MSS 个字节 。”
• 窗口扩大
  • TCP 窗口字段长度= 16 位， 最大窗口大小 = 64 K 字节
  • 对于传播时延和带宽都很大的网络， 为获得高吞吐率较， 需要更大的窗口
• 时间戳
  • 序号重复时， 为了使接收方能够把新报文段和迟到很久的旧报文段区分开， 可以在报文段中加上时间戳