TCP協議詳解（TCP建立連接與斷開連接）
1、TCP報文段：
TCP把若幹個字節構成一個分組，稱為報文段（segment）。TCP報文段封裝在IP數據報中，TCP報文段的首部格式如下圖所示：
首部長度為20~60個字節，一下是各個字段的含義：
①：源端口號：它是16位字段，為發送發進程對應的端口號；
②：目標端口號：它是16位字段，對應的是接收端的進程，接收端收到數據段後，根據這個端口號來確定把數據送給哪個應用程序的進程。
③：序號：當TCP從進程接受數據字節時，就把它們存儲在發送緩存中，並對每一個字節都進行編號。編號的特點如下：
- 編號不一定從0開始，一般會產生一個隨機數作為第一個字節的編號，稱為初始序列號（ISN）
- TCP每個方向的編號是相互獨立的。
- 當字節都被編上號後，TCP就給每個報文段指派一個序號，序號就是該報文段中第一個字節的編號。
當數據到達目的地後，接收端會按照這個序號把數據重新排列，保證數據的正確性。
④：確認號：對發送端的確認信息，用它來告訴發送端這個序號之前的數據段都已經收到，如確認段是8，就是表示前7個數據段都已經收到。
⑤：首部長度：用它可以確定首部數據結構的字節長度。一般情況下TCP首部是20個字節，但首部長度最大可以擴展為60字節。
⑥：保留：這部分保留位供今後擴展功能用，目前還沒有使用到。
⑦：控制位：這六位有很重要的作用，TCP的連接、傳輸和斷開都受這六個控制位的指揮。各位含義如下： - URG：緊急指針有效位。
- ACK：只有當ACK=1時，確認序列號字段才有效；當ACK=0時，確認號字段無效。
- PSH：標誌位為1時，要求接受方盡快將數據段送達應用層。
- RST：當RST值為1時，通知重新建立TCP連接。
- SYN：同步序號位，TCP需要建立連接時將這個值設為1。
- FIN：發送端完成發送任務，當TCP完成數據傳輸需要斷開連接時，提出斷開連接一方將這個值設為1。
⑧：窗口大小：說明本地可接受數據段的數目，這個值得大小是可變的，當網絡順暢時將這個窗口值變大以加快傳輸速度，當網絡不穩定時減小這個值可保證網絡數據的可靠傳輸，TCP中的流量控制機制就是依靠變化窗口的大小實現的。
⑨：校驗和：用來做差錯控制，與IP的校驗和不同，TCP校驗和的計算包括TCP首部、數據和其他填充字節。在發送TCP數據段時，由發送端計算校驗和，當到達目的地時又進行一次校驗和計算。若這兩次的校驗和一致，則說明數據基本是正確的，否則將認為該數據已被破壞，接受端將丟棄該數據。⑩：緊急指針：和URG配合使用，當URG=1時有效。
?：選項：在TCP首部可以有多達40字節的可選信息。
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2、TCP連接：
TCP是面向連接的協議，它在源點和終點之間建立一條虛連接。TCP報文段封裝成IP數據報後，每一個IP數據報可以走不同的路徑到達終點，因此收到的IP數據報可能不按順序到達，甚至可能丟失或損壞。如果一個報文段沒有按順序到達，那麽TCP保留它，然後等待它之前的報文段到達；如果一個報文段丟失或損壞，那麽TCP就要重傳。總之，TCP保證報文段是有序的。
在數據通信之前，發送端與接收端要先建立連接；等待數據發送結束後，雙方再斷開連接。TCP連接的每一方都是由一個IP地址和一個端口號組成的。
（1）建立連接：
TCP建立連接的過程稱為“三次握手”，要想在兩臺主機間使用TCP協議傳輸數據，那麽它必定會在傳輸數據之前經過“三次握手”來建立連接。
可以使用打電話的例子來簡單解釋三次握手：
A : 你好我是A，你聽得到我在說話嗎
B : 聽到了，我是B，你聽到我在說話嗎
A : 嗯，聽到了
建立連接，開始聊天！（這就相當於三次握手）
那麽客戶端訪問服務器上的網站時，它三次握手的數據包含有的信息如下：-
第一次握手：客戶端使用一個隨機的端口號向服務器端的80/443端口發送建立連接的請求，此過程的典型標誌就是TCP的SYN控制位為1，其他五個控制位全為0。
-
第二次握手：實際上是分兩部分來完成的。當服務端接受到了客戶端的請求，向客戶端回復一個確認消息，此過程的典型標誌就是TCP的ACK控制位為1，其他五個控制位全為0，而且確認序列號是客戶端的初始序列號+1。
服務端也向客戶端發送建立連接的請求，此過程的典型標誌和第一次握手一樣。
為了提高效率，一般將這兩部分合並在一個數據包裏實現。 - 第三次握手：客戶端收到了服務端的回復（包含請求和確認），也要向服務端回復一個確認信息，此過程的典型標誌就是TCP的ACK控制位為1，其他五個控制位全為0，而且確認序列號是服務端的初始序列號+1。
這樣就完成了三次握手，客戶端與服務端之間就建立了TCP連接。三次握手可以總結為下圖所示的過程：
上圖中Seq表示請求序列號，ACK表示確認序列號，SYN和ACK為控制位，可以看出SYN位只有在請求建立連接時才被設置為1。
TCP使用面向連接的通信方式，它提高了數據傳輸的可靠性，使發送端和接收端在數據正式傳輸之前就有了交互，為數據正式傳輸打下了可靠的基礎。
（2）斷開連接：
參加交換數據的雙方中的任何一方（客戶端或服務端）都可以關閉連接。TCP斷開連接分四步，也稱為四次握手，具體過程如下：
- 服務器向客戶端發送FIN和ACK位置1的TCP報文段。
- 客戶端向服務器返回ACK位置1的TCP報文段（此時已經單向斷開了連接）。
- 客戶端向服務端發送FIN和ACK位置1的TCP報文段。
- 服務端向客戶端返回ACK位置1的TCP報文段。
在TCP斷開連接的過程中，有一個半關閉的概念，TCP的一方（通常是客戶端）可以終止發送數據，但仍然可以接受數據，稱為半關閉。主要是用在客戶端不需要發送數據了，會發送一個FIN報文段，半關閉這個連接，服務器發送ACK報文段接受半關閉，服務端會繼續傳輸數據，而客戶端只發送ACK確認，不再發送任何數據。當服務端把所有的數據發送完畢時，就發送FIN報文段，客戶端再發送ACK報文段，這樣就斷開了TCP連接。
為什麽TCP協議終止連接要四次？
1、當客戶端確認發送完數據且知道服務端已經接受完了，想要關閉發送數據口（當然確認信號還是可以發），就會發FIN給服務端。
2、服務端收到客戶端發送的FIN，表示收到了，就會發送ACK回復。
3、但這時服務端可能還在發送數據，沒有想要關閉數據口的意思，所以FIN與ACK不是同時發送的，而是等到服務端數據發送完了，才會發送FIN給客戶端。
4、客戶端收到服務端發來的FIN，知道服務端的數據也發送完了，回復ACK， 客戶端等待2MSL以後，沒有收到B傳來的任何消息，知道服務端已經收到自己的ACK了，客戶端就關閉連接，服務端也關閉連接了。
TCP協議詳解（TCP建立連接與斷開連接）