TCP详解（1）：简介与数据包

TCP（Transmission Control Protocol 传输控制协议）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议

应用层向TCP层发送用于网间传输的、用8位字节表示的数据流，然后TCP把数据流分区成适当长度的报文段（通常受该计算机连接的网络的数据链路层的最大传输单元（MTU）的限制）。之后TCP把结果包传给IP层，由它来通过网络将包传送给接收端实体的TCP层。

TCP为了保证不发生丢包，就给每个包一个序号，同时序号也保证了传送到接收端实体的包的按序接收。然后接收端实体对已成功收到的包发回一个相应的确认（ACK）；如果发送端实体在合理的往返时延（RTT）内未收到确认，那么对应的数据包就被假设为已丢失将会被进行重传。TCP用一个校验和函数来检验数据是否有错误；在发送和接收时都要计算校验和。

TCP提供了可靠的数据传输服务，其采取的措施是对控制报文和数据报文进行确认、并在超时之后进行重传；并利用滑动窗口协议解决数据数传乱序、收发双方进行流量控制。具体来说就是，对于发送方，TCP按照其认为最合适的长度发送数据报文，并在发出报文之后，启动一个定时器，等待数据的确认报文，若定时器超时后仍没有收到确认报文，则重传该报文；对于接收方，收到数据后，首先检查报文校验和，错误则直接丢弃该报文，不确认（发送端会注意到这个事实，从而重传）；收到重复报文，丢弃，不确认；通过双方维护的滑动窗口，TCP会将乱序报文排好序后才提交给上层应用程序。 

需要注意的是，流量控制与拥塞控制并不是同一回事，流量控制的目的在于防止发送端发送大量数据，超过接收端的处理能力，从而导致丢包等；拥塞控制则在于防止网络中发生拥堵，中间路由器或交换机丢弃报文的情况。

数据包结构： 
　　在TCP首部的图中，我们主要关注以下几个字段：序号、首部长度、6个标志位、选项，窗口大小、紧急指针都是以字节单位，这里并不关注。

注意上图中的四个非常重要的东西： 
　　Sequence Number：包的序号，用来解决网络包乱序（reordering）问题。 
　　Acknowledgement Number：ACK序号——用于确认收到，用来解决不丢包的问题。 
　　Window：又叫Advertised-Window，也就是著名的滑动窗口（Sliding Window），用于解决流量控制。 
　　Control Bits：包的类型，主要是用于控制TCP的状态机。

TCP首部中定义了6个字段，在一个报文中，通常只会出现一个标志，但也允许多个标志同时出现。 
　　URG：紧急指针标志位。 
　　ACK：确认序号标志位，关于ACK有几点需要注意：a) ACK是累积的，表示接收方已经正确收到了一直到确认序号减一的所有字节；b) TCP通常并不会对每个数据包进行确认，而是采用了捎带确认和延迟确认的技术，捎带确认是指将ACK报文合并到数据报文中去，而延迟确认是TCP维持了一个200ms的定时器，在定时器过期前，若有多个数据需要确认，则一块进行确认，通常是两个报文确认一次，若200ms到了，仍没有新数据需要确认，则不再等待，直接确认该报文；c) ACK报文本身并不会被确认，当ACK丢失时，需要依靠对端超时机制发现（后文详述）。 
　　PSH：该标志由TCP自动设置（曾经允许通过接口进行设置，当前多数实现不提供），多数实现在发送者将清空发送缓冲区时设置该标志，即发送者一次将当前发送缓冲区的数据都发送出去了。 
　　RST：连接重置标志位。 
　　SYN：同步标志位，用来发起一个新建连接。 
　　FIN：发送端已经完成了所有的数据发送，不会再发送新的数据，关闭了其发送端，若对端也发送该标志，则完全关闭连接。

msl、ttl及rtt的区别 TCP控制字段标志

一、  msl、ttl及rtt的区别

   1、 MSL 是Maximum Segment Lifetime英文的缩写，中文可以译为“报文最大生存时间”，他是任何报文在网络上存在的最长时间，超过这个时间报文将被丢弃。因为tcp报文 （segment）是ip数据报（datagram）的数据部分，具体称谓请参见《数据在网络各层中的称呼》一文；

   2、ip头中有一个TTL域，TTL是 time to live的缩写，中文可以译为“生存时间”，这个生存时间是由源主机设置初始值但不是存的具体时间，而是存储了一个ip数据报可以经过的最大路由数，每经 过一个处理他的路由器此值就减1，当此值为0则数据报将被丢弃，同时发送ICMP报文通知源主机。RFC 793中规定MSL为2分钟，实际应用中常用的是30秒，1分钟和2分钟等。

    TTL与MSL是有关系的但不是简单的相等的关系，MSL要大于等于TTL。

   3、 RTT是客户到服务器往返所花时间（round-trip time，简称RTT），TCP含有动态估算RTT的算法。TCP还持续估算一个给定连接的RTT，这是因为RTT受网络传输拥塞程序的变化而变化

   4、2MSL即两倍的MSL，TCP的TIME_WAIT状态也称为2MSL等待状态，当TCP的一端发起主动关闭，在发出最后一个ACK包后，即第3次握 手完成后发送了第四次握手的ACK包后就进入了TIME_WAIT状态，必须在此状态上停留两倍的MSL时间，等待2MSL时间主要目的是怕最后一个 ACK包对方没收到，那么对方在超时后将重发第三次握手的FIN包，主动关闭端接到重发的FIN包后可以再发一个ACK应答包。在TIME_WAIT状态 时两端的端口不能使用，要等到2MSL时间结束才可继续使用。当连接处于2MSL等待阶段时任何迟到的报文段都将被丢弃。不过在实际应用中可以通过设置 SO_REUSEADDR选项达到不必等待2MSL时间结束再使用此端口。对于TCP中的各种控制字段，接下来进行具体说明。