网络七层协议
OSI是一个开放性的通信系统互连参考模型,他是一个定义的非常好的协议规范。OSI模型有7层结构,每层都可以有几个子层。 OSI的7层从上到下分别是 7 应用层 6 表示层 5 会话层 4 传输层 3 网络层 2 数据链路层 1 物理层 其中高层,即7、6、5、4层定义了应用程序的功能,下面3层,即3、2、1层主要面向通过网络的端到端的数据流。

TCP协议
TCP协议是面向连接、保证高可靠性(数据无丢失、数据无失序、数据无错误、数据无重复到达)传输层协议。

TCP头分析
(1)端口号[16bit]
我们知道,网络实现的是不同主机的进程间通信。在一个操作系统中,有很多进程,当数据到来时要提交给哪个进程进行处理呢?这就需要用到端口号。在TCP头中,有源端口号(Source Port)和目标端口号(Destination Port)。源端口号标识了发送主机的进程,目标端口号标识接受方主机的进程。

(2)序号[32bit]
序号分为发送序号(Sequence Number)和确认序号(Acknowledgment Number)。
发送序号:用来标识从 TCP源端向 TCP目的端发送的数据字节流,它表示在这个报文段中的第一个数据字节的顺序号。如果将字节流看作在两个应用程序间的单向流动,则 TCP用顺序号对每个字节进行计数。序号是 32bit的无符号数,序号到达 2 32- 1后又从 0开始。当建立一个新的连接时, SYN标志变 1,顺序号字段包含由这个主机选择的该连接的初始顺序号 ISN( Initial Sequence Number)。
确认序号:包含发送确认的一端所期望收到的下一个顺序号。因此,确认序号应当是上次已成功收到数据字节顺序号加 1。只有 ACK标志为 1时确认序号字段才有效。 TCP为应用层提供全双工服务,这意味数据能在两个方向上独立地进行传输。因此,连接的每一端必须保持每个方向上的传输数据顺序号。

(3)偏移[4bit]
这里的偏移实际指的是TCP首部的长度,它用来表明TCP首部中32 bit字的数目,通过它可以知道一个TCP包它的用户数据是从哪里开始的。这个字段占4bit,如4bit的值是0101,则说明TCP首部长度是5 * 4 = 20字节。 所以TCP的首部长度最大为15 * 4 = 60字节。然而没有可选字段,正常长度为20字节。

(4)Reserved [6bit]
目前没有使用,它的值都为0

(5)标志[6bit]
在TCP首部中有6个标志比特。他们中的多个可同时被置为1 。
URG 紧急指针(urgent pointer)有效
ACK 确认序号有效
PSH 指示接收方应该尽快将这个报文段交给应用层而不用等待缓冲区装满
RST 一般表示断开一个连接
SYN 同步序号用来发起一个连接
FIN 发送端完成发送任务(即断开连接)

(6)窗口大小(window)[16bit]
窗口的大小,表示源方法最多能接受的字节数。

(7)校验和[16bit]
校验和覆盖了整个的TCP报文段:TCP首部和TCP数据。这是一个强制性的字段,一定是由发端计算和存储,并由收端进行验证。

(8)紧急指针[16bit]
只有当URG标志置为1时紧急指针才有效。紧急指针是一个正的偏移量,和序号字段中的值相加表示紧急数据最后一个字节的序号。TCP的紧急方式是发送端向另一端发送紧急数据的一种方式。

(9)TCP选项
是可选的,在后面抓包的时候,我们在看看它

数据单位
TCP 传送的数据单位协议是 TCP 报文段(segment)

特点
TCP 是面向连接的传输层协议
每一条 TCP 连接只能有两个端点(endpoint),每一条 TCP 连接只能是点对点的(一对一)
TCP 提供可靠交付的服务
TCP 提供全双工通信
面向字节流

注意
TCP 对应用进程一次把多长的报文发送到TCP 的缓存中是不关心的
TCP 根据对方给出的窗口值和当前网络拥塞的程度来决定一个报文段应包含多少个字节(UDP 发送的报文长度是应用进程给出的)
TCP 可把太长的数据块划分短一些再传送.TCP 也可等待积累有足够多的字节后再构成报文段发送出去
每一条 TCP 连接有两个端点
TCP 连接的端点不是主机,不是主机的IP 地址,不是应用进程,也不是传输层的协议端口.TCP 连接的端点叫做套接字(socket)或插口

具体实现
TCP 连接的每一端都必须设有两个窗口 一个发送窗口和一个接收窗口
TCP 可靠传输机制用字节的序号进行控制.TCP 所有的确认都是基于序号而不是基于报文段
TCP 两端的四个窗口经常处于动态变化之中
TCP连接的往返时间 RTT 也不是固定不变的.需要使用特定的算法估算较为合理的重传时间

建立连接
A 的 TCP 向 B 发出连接请求报文段,其首部中的同步位 SYN = 1,并选择序号 seq = x,表明传送数据时的第一个数据字节的序号是 x。
B 的 TCP 收到连接请求报文段后,如同意,则发回确认(B 在确认报文段中应使 SYN = 1,使 ACK = 1,其确认号ack = x﹢1,自己选择的序号 seq = y)。
A 收到此报文段后向 B 给出确认,其 ACK = 1,确认号 ack = y﹢1(A 的 TCP 通知上层应用进程,连接已经建立,B 的 TCP 收到主机 A 的确认后,也通知其上层应用进程:TCP 连接已经建立)。

断开连接
数据传输结束后,通信的双方都可释放连接.现在 A 的应用进程先向其 TCP 发出连接释放报文段,并停止再发送数据,主动关闭 TCP 连接(A 把连接释放报文段首部的 FIN = 1,其序号seq = u,等待 B 的确认)
B 发出确认,确认号 ack = u+1,而这个报文段自己的序号 seq = v(TCP 服务器进程通知高层应用进程.从 A 到 B 这个方向的连接就释放了,TCP 连接处于半关闭状态.B 若发送数据,A 仍要接收)
若 B 已经没有要向 A 发送的数据,其应用进程就通知 TCP 释放连接
A 收到连接释放报文段后,必须发出确认,在确认报文段中 ACK = 1,确认号 ack=w﹢1,自己的序号 seq = u + 1

TCP可靠性的保证
TCP采用一种名为“带重传功能的肯定确认(positive acknowledge with retransmission)”的技术作为提供可靠数据传输服务的基础。这项技术要求接收方收到数据之后向源站回送确认信息ACK。发送方对发出的每个分组都保存一份记录,在发送下一个分组之前等待确认信息。发送方还在送出分组的同时启动一个定时器,并在定时器的定时期满而确认信息还没有到达的情况下,重发刚才发出的分组。图3-5表示带重传功能的肯定确认协议传输数据的情况,图3-6表示分组丢失引起超时和重传。为了避免由于网络延迟引起迟到的确认和重复的确认,协议规定在确认信息中稍带一个分组的序号,使接收方能正确将分组与确认关联起来。
从图 3-5可以看出,虽然网络具有同时进行双向通信的能力,但由于在接到前一个分组的确认信息之前必须推迟下一个分组的发送,简单的肯定确认协议浪费了大量宝贵的网络带宽。为此, TCP使用滑动窗口的机制来提高网络吞吐量,同时解决端到端的流量控制。

滑动窗口技术
滑动窗口技术是简单的带重传的肯定确认机制的一个更复杂的变形,它允许发送方在等待一个确认信息之前可以发送多个分组。如图 3-7所示,发送方要发送一个分组序列,滑动窗口协议在分组序列中放置一个固定长度的窗口,然后将窗口内的所有分组都发送出去;当发送方收到对窗口内第一个分组的确认信息时,它可以向后滑动并发送下一个分组;随着确认的不断到达,窗口也在不断的向后滑动。