简介TCP协议

TCP 提供面向有连接的通信传输，面向有连接是指在传送数据之前必须先建立连接，数据传送完成后要释放连接。无论哪一方向另一方发送数据之前，都必须先在双方之间建立一条连接。在TCP/IP协议中，TCP协议提供可靠的连接服务，连接是通过三次握手进行初始化的。同时，由于TCP协议是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的运输层通信协议，TCP是全双工模式，所以需要四次挥手关闭连接。

TCP消息报文格式

如下图，报头每一行是4个字节，32位。

端口号：用来标识同一台计算机的不同的应用进程。
源端口：源端口和IP地址的作用是标识报文的返回地址。
目的端口：端口指明接收方计算机上的应用程序接口。
TCP报头中的源端口号和目的端口号同IP数据报中的源IP与目的IP唯一确定一条TCP连接。
序号和确认号：是TCP可靠传输的关键部分。序号是本报文段发送的数据组的第一个字节的序号。确认号：小写ack（4个字节），指明下一个期待收到的字节序号，表明该序号之前的所有数据已经正确无误的收到。确认号只有当ACK标志为1时才有效。比如，客户端请求建立连接时，SYN报文的ACK=0。
确认标志位：大写ACK，为1时表示确认号有效，为0表示报文中不含确认信息，忽略确认号字段；
数据偏移／首部长度：4bits。由于首部可能含有可选项内容，因此TCP报头的长度是不确定的，报头不包含任何任选字段则长度为20字节，4位首部长度字段所能表示的最大值为1111，转化为10进制为15，1532/8 = 60，故报头最大长度为60字节。首部长度也叫数据偏移，是因为*首部长度实际上指示了数据区在报文段中的起始偏移值。**==TCP报头的最大长度由首部长度字段决定。==
三次握手

说说TCP三次握手过程？

三次握手的作用

确认服务器端和客户端的发送及接收能力正常
指定自己的初始化序列号，为后面的可靠传输做准备
如果是https协议，三次握手过程中还会进行数字证书的验证

为什么需要三次握手才能建立连接？

TCP作为一种可靠传输控制协议其核心思想：既要保证数据可靠传输，又要提高传输的效率，而用三次恰恰可以满足以上两方面的需求。

首先，由于tcp是面向连接的协议，一次握手肯定建立不了连接。假设我们采用两次握手机制。第一次客户端A向服务器B传输的请求连接数据包在传输过程中由于延迟未到达服务器端，客户端已经超时重传完成了整个建立连接、传送数据、关闭连接的过程。这时A发送的第一个SYN终于到了B，对于B来说这是一个新连接请求，然后B又为这个连接申请资源，返回ACK，然而这个SYN是个无效的请求，A收到这个SYN的ACK后也并不会理会它，而B却不知道，B会一直为这个连接维持着资源，造成资源的浪费。

四次挥手

四次挥手过程

图片说明

为什么挥手比建立连接多一次？

因为连接建立过程中，服务器端接收到建立连接的请求并回复ACK后，此时并没有数据要发送或处理，所以在建立连接时第2/3步可以合并。而断开连接时，服务器端接收到关闭连接的请求时，可能还有数据未发送完毕，因此二者不能合并。

为什么客户端等待2MSL才关闭？

概念：MSL是报文在网络中最长生存时间，这是一个工程值(经验值)，不同的系统中可能不同。

场景：A发出ACK后，等待一段时间T，确保如果B重传FIN自己一定能收到

ACK从A到B最多经过1MSL，超过这个时间B会重发FIN
B重发的FIN最多经过1MSL到达A

结论：如果B重发了FIN，且网络没有故障(重发的FIN被丢弃或错误转发)，那么A一定能在2MSL之内收到该FIN，因此A只需要等待2MSL。

保证TCP可靠性，应对丢包

为了应对TCP传输过程中的丢包现象，保证数据传输可靠性，TCP协议有如下规定：

数据分片：发送端对数据进行分片，接受端要对数据进行重组，由TCP确定分片的大小并控制分片和重组
到达确认：接收端接收到分片数据时，根据分片数据序号向发送端发送一个确认
超时重发：发送方在发送分片时设置超时定时器，如果在定时器超时之后没有收到相应的确认，重发分片数据
滑动窗口：TCP连接的每一方的接受缓冲空间大小固定，接收端只允许另一端发送接收端缓冲区所能接纳的数据，TCP在滑动窗口的基础上提供流量控制，防止较快主机致使较慢主机的缓冲区溢出
失序处理：作为IP数据报来传输的TCP分片到达时可能会失序，TCP将对收到的数据进行重新排序，将收到的数据以正确的顺序交给应用层;
重复处理：作为IP数据报来传输的TCP分片会发生重复，TCP的接收端必须丢弃重复的数据;
数据校验：TCP将保持它首部和数据的检验和，这是一个端到端的检验和，目的是检测数据在传输过程中的任何变化。如果收到分片的检验或有差错，TCP将丢弃这个分片，并不确认收到此报文段导致对端超时并重发

TCP三次握手四次挥手