TCP图解

• TCP图解
  • 1. 定义
  • 2. 通信过程
    • 2.1. 三次握手
    • 2.2. 数据传输
    • 2.3. 四次挥手
  • 3. 编码流程
• 参考

该文记录 TCP 简介和通信流程。

TCP图解

1. 定义¹

TCP是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。TCP属于传输层协议，传输层协议与网络层协议之间的主要区别是，网络层协议是为主机之间提供逻辑通信的，而传输层协议是为应用进程之间提供端到端的逻辑通信的。这里的端到端指的就是套接字(Socket)。

TCP的全部功能都体现在它首部中各字段的作用。

2. 通信过程²

TCP通信过程包括三个步骤：建立TCP连接通道，传输数据，断开TCP连接通道。

1. 建立TCP连接很简单，通过三次握手便可建立连接。
2. 建立好连接后，开始传输数据。TCP数据传输牵涉到的概念很多：超时重传、快速重传、流量控制、拥塞控制等等。
3. 断开连接的过程也很简单，通过四次握手完成断开连接的过程。

2.1. 三次握手

1. 第一次握手：客户端发送syn包(seq=x)到服务器，并进入SYN_SEND状态，等待服务器确认；
2. 第二次握手：服务器收到syn包，必须确认客户的SYN（ack=x+1），同时自己也发送一个SYN包（seq=y），即SYN+ACK包，此时服务器进入SYN_RECV状态；
3. 第三次握手：客户端收到服务器的SYN＋ACK包，向服务器发送确认包ACK(ack=y+1)，此包发送完毕，客户端和服务器进入ESTABLISHED状态，完成三次握手。

握手过程中传送的包里不包含数据，三次握手完毕后，客户端与服务器才正式开始传送数据。理想状态下，TCP连接一旦建立，在通信双方中的任何一方主动关闭连接之前，TCP 连接都将被一直保持下去。

2.2. 数据传输

1. 超时重传：
2. 快速重传：
3. 流量控制：
4. 拥塞控制：拥塞策略算法主要包括：慢启动，拥塞避免，拥塞发生，快速恢复。

2.3. 四次挥手

1. 第一次挥手：主动关闭方发送一个FIN，用来关闭主动方到被动关闭方的数据传送，也就是主动关闭方告诉被动关闭方：我已经不会再给你发数据了(当然，在fin包之前发送出去的数据，如果没有收到对应的ack确认报文，主动关闭方依然会重发这些数据)，但此时主动关闭方还可以接受数据。
2. 第二次挥手：被动关闭方收到FIN包后，发送一个ACK给对方，确认序号为收到序号+1（与SYN相同，一个FIN占用一个序号）。
3. 第三次挥手：被动关闭方发送一个FIN，用来关闭被动关闭方到主动关闭方的数据传送，也就是告诉主动关闭方，我的数据也发送完了，不会再给你发数据了。
4. 第四次挥手：主动关闭方收到FIN后，发送一个ACK给被动关闭方，确认序号为收到序号+1，至此，完成四次挥手。

3. 编码流程³

服务端：

1. 调用 socket 函数创建 socket
2. 调用 bind 函数将 socket 绑定到某个IP和端口
3. 调用 listen 函数开启监听
4. 当有客户端请求连接上来时，调用 accept 函数接收连接，产生一个新的 socket
5. 基于新的 socket 调用 recve 或者 send 函数，开始与客户端进行数据交互
6. 通信结束后，调用 close 函数关闭监听 socket

客户端：

1. 调用 socket 函数创建客户端 socket
2. 调用 connect 函数尝试连接服务器
3. 连接成功后调用 send 或 recv 函数，开始与服务器进行数据交互
4. 通信结束后，调用 close 函数关闭监听 socket

参考

1. TCP协议 ↩︎

2. 图解TCP/IP协议 ↩︎

3. socket编程实现tcp服务器_C/C++ ↩︎