计算机网络教程-传输层协议-TCP(2)
TCP 连接
在 TCP 中，面向连接的传输需要三个过程：连接建立、数据传输和连接终止。
在TCP 中的分组称为段（segment）
TCP段
格式
段包含20~60字节的头部，接着是来自应用程序的数据。如果没有选项，那么头部是20 字节；如果有选项，最多是60 字节。
源端口地址。这是一个16 位的字段，它定义了在主机中发送该段的应用程序的端口号。这与UDP 头部的源端口地址的作用一样。目的端口地址。这是一个16 位的字段，它定义了在主机中接收该段的应用程序的端口号。这与UDP 头部的目的端口地址的作用一样。序号。这个32 位的字段定义了一个数，它分配给段中数据的第一个字节。- TCP 是一种字节流传输协议。为了确保连通性，对要发送的每一个字节都进行编号。序号告诉目的端，在这个序列中哪一个字节是该段的第一个字节。
- 在连接建立时，每一方都使用随机数生成器产生一个
初始序号（initial sequence number，ISN），通常每一个方向的ISN 都不同。
确认号。这个32 位的字段定义了段的接收方期望从对方接收的字节号。如果段的接收方成功地接收了对方发来的字节号x，它就将确认号定义为x + 1.- 确认和数据可捎带一起发送。
头部长度。这个4 位的字段指明了TCP 头部中共有多少个4字节长的字。- 头部的长度可以在20 字节到60 字节之间。因此，这个字段的值在5（5 × 4 = 20）到15（15 × 4 = 60）之间。
窗口大小。这个字段定义对方必须维持的窗口的大小（以字节为单位）。- 注意，这个字段的长度是16 位，这意味着窗口的最大长度是65 535 字节。这个值通常称为
接收窗口（rwnd）。 - 它由接收方确定。此时，发送方必须服从接收端的支配。
- 注意，这个字段的长度是16 位，这意味着窗口的最大长度是65 535 字节。这个值通常称为
紧急指示符。这个16 位的字段只有当紧急标志置位时才有效，这个段包含了紧急数据。- 它定义了一个数，将此数加到序号上就得出此段数据部分中最后一个紧急字节。
选项。在TCP 头部中可以有多达40 个字节的可选信息。
控制字段
这个字段定义了6 种不同的控制位或标记，如图所示。
- 在同一时间可以设置一位或多位。
- 这些位用在TCP 的流量控制、连接建立和终止、连接失败和数据传送方式等方面。
校验和。
这个16 位的字段包含了校验和。TCP 校验和的计算过程与前面描述的UDP 所采用的计算过程相同。
但是，在UDP 数据报中校验和是可选的。
- 然而，对TCP 来说，将校验和包含进去是强制的。
- 起相同作用的伪头部被加到段上。对TCP 伪头部，协议字段的值是6。如图所示。
- 在 TCP 中使用校验和是强制的。
连接建立（三次握手）
TCP 以全双工方式传输数据。当两个机器中的两个TCP 建立连接后，它们就能够同时向对方发送段。这就表示，在传输数据之前，每一方都必须对通信进行初始化，并得到对方的认可。三次握手（three-way handshaking）：
客户的应用程序想要与另一个称为服务器的应用程序使用TCP 作为传输层协议建立连接。
该过程从服务器开始。服务器程序告诉它的TCP，它已准备好接收一个连接。这就称为被动打开（passive open）。
虽然TCP 已经准备好接收从世界上任何一个机器发来的连接，但它自己并不能完成这个连接。
客户程序发出请求进行主动打开（active open）。想要与服务器进行连接的客户告诉它的TCP，它需要连接到特定的服务器。
少数几个必须要知道的字段，如果序号、确认号、控制标记（仅仅是其中被置位的）和窗口大小等有值。三个步骤如下:
客户发送的第一个段，即SYN 段。这个段仅有SYN 标志被置位，它用于序号同步。它占用一个序号。当数据传输开始时，在我们的例子中，客户随机选择一个数字作为初始序号（ISN）。注意，这个段不包含确认号。它也没有定义窗口大小；窗口大小的定义只有当段包含确认号时才有意义。段也能包含一些稍后讨论的选项。- 注意，SYN 段是一个控制段并且不携带数据。然而，它消耗一个序号，因为它需要被确认。我们可以说SYN 段携带了一个假想字节。
SYN 段不携带数据，但它占用一个序号。看下面的图就明白了。
服务器发送第二个段，即SYN +ACK 段。这个段有两个目的。- 首先，它是另一方向通信的SYN 段。服务器使用这个段来初始化序号，这个序号用来给从服务器发向客户的字节编号。
- 其次，服务器也通过给ACK 置位并展示下一个序号来确认接收到来自客户的SYN 段，这里的下一个序号是服务器预期从客户接收的序号。
- 我们将在介绍流量控制那一节看到，因为它包含确认，它也需要定义
接收窗口，即rwnd（客户使用）。因为这个段起到SYN段的作用，它需要被确认。因此，它占用一个序号。
SYN + ACK 段不携带数据，但它占用一个序号。
客户发送第三个段，即ACK 段。它使用ACK 标志和确认序号字段来确认收到了第二个段。- 注意，如果不携带数据，ACK 段没有占用任何序号，但是一些实现允许这第三个段在连接阶段从客户端携带第一块数据。在这种情况下，段消耗的序号与数据字节数相同。
ACK 段，如果不携带数据，则它不占用序号。
数据传输
连接建立后，可进行双向数据传输，客户端与服务器双方都可发送数据和确认。数据捎带确认：在同一段内携带确认时，在同一方向上也可以传递数据。
图示
在这个例子中，在连接建立后，客户端用两个段发送2000 个字节的数据。然后，服务器用一个段发送2000 个字节的数据。客户端发送另一个段。
- 前面三个段携带数据与确认，但是最后一个段仅携带确认，这是因为已没有数据发送了。
- 注意序号与确认号数值，客户端发送的数据段有
PSH（推送）标志，所以服务器TCP 知道在接收到数据时立刻传递给服务器进程。 - 另一方面，来自服务器的段没有设置推送标志。大多数TCP 的实现都有可选标志，可设置或不设置。
推送数据
发送方的TCP 使用缓冲区存储来自发送方应用程序的数据流。发送方的TCP 可以选择段的大小。
接收方的TCP 在数据到达时也将数据进行缓存，并当应用程序准备就绪时或当接收端TCP 认为方便时将这些数据传递给应用程序。这种灵活性增加了TCP 的效率。
但是，在有些情况下，应用程序并不需要这种灵活性。例如，应用程序与另一方应用程序进行交互式通信。
- 一方的应用程序打算将其信息发给对方应用程序，并希望接收到立即响应。数据的延迟传输和延迟传递对这个应用程序来说是不可接受的。
TCP 可以处理这种情况。
- 在发送端的应用程序可请求推送操作。这就表示发送端的TCP 不必等待窗口被填满。
- 它创建一个段就立即将其发送。发送端的TCP 还必须设置
推送位（PSH）以告诉接收端的TCP，这个段所包含的数据必须尽快地传递给接收应用程序，而不要等待更多数据的到来。 - 这意味着将面向字节的TCP 改为面向块的TCP，但是TCP 可以选择使用或不使用这个特性。
连接终止(四次挥手)
半关闭
半关闭（half-close）：指在 TCP 中，一端可以停止发送数据后，还可以接续接收数据。（关闭发送但是不关闭接收）
虽然任一端都可发出半关闭，但通常都是由客户端发起的。当服务器在开始处理之前需要接收到所有数据，这时就会出现半关闭。
例如，排序是一个很好的例子。客户端发送数据给服务器进行排序，在开始排序之前，服务器需要接收到全部数据。
- 这就是说，客户端发送全部数据之后，它在客户到服务器方向可关闭连接。（客户端关闭发送）
- 但为了返回存储数据，服务器到客户方向必须保持打开。（客户端不关闭接收）
- 服务器在接收数据后还需要时间进行排序；它的向外方向必须保持打开。
从客户到服务器的数据传输停止。客户端通过发送FIN 段实现半关闭连接。服务器通过发送ACK 段确认半关闭。
然而，服务器还可以发送数据。当服务器已经发送完被处理的数据时，它发送一个FIN 段。该FIN 段由客户端的ACK 来确认。
连接半关闭后，数据可以从服务器传送给客户端，而确认可以从客户端传送给服务器。客户不能再向服务器发送任何数据。
连接重置
在一端的TCP 可能拒绝连接请求，可能终止已存在的连接，也可能结束空闲连接。所有这些都通过RST（重置）标志完成。
参考资料
详细分析TCP数据的传输过程
【网络通信】TCP的通信过程
图解TCP传输过程（三次握手、数据传输、四次挥手）
TCP 的那些事儿（上）
TCP 的那些事儿（下）
一个TCP连接上能发起多少个HTTP请求吗？
计算机网络教程-自顶向下方法