TCP 协议认识及应用 // 圆方

简介

Socket 是一套用来执行符合 TCP/IP 协议标准的网络编程接口。有时一个IP地址和一个端口号也可以叫做插口 (socket) ,这个术语最早出现在 TCP 规范 RFC793 里面。对于网络I/O来说就是用来建立tcp链接的工具，它是一个统称，不同操作系统原理相同，但接口函数却不太一样。上面是广义，狭义上术语翻译过来就叫套接字，是定义一个具备Internet通信的基本单位(例如：我们可以说建立一个套接字)。

但基本思路按照 Unix/Linux 系统的哲学"一切皆文件"来实现的。也就是说它的过程类似本地文件读写操作：

“打开open -> 读写 write/read -> 关闭 close”

通过 Socket 提供的函数在创建一个连接时，会返回一个短整数类型的描述符 (Descriptor) 来表示当前这个套接字。在 Windoes 系统叫做句柄。后面的操作也都将把这个套接字的标识作为参数带入函数中。

基本流程

基本 Socket (既不考虑多线程和有线程池的情况) 流程图如下：

上面的关闭操作是大致流程，具体请看一下内容。

TCP 连接

TCP 协议详情

TCP 所处位置和协议格式如下：

几个基本概念

报文段(message segment)：在传输层逻辑划分上，每一次传输的包含 TCP 的消息内容，叫做 TCP 报文段。这一段会被继续往下被封装到网络层的 IP 数据包 (Packet) 里面。我们做 TCP 协议分析都是基于报文段来分析的。

报文段划分为两部分：一个是首部，一个是数据。

16位源/目的端口号：从这可以看出端口号的上限是 $2^16$ 大小，也就是 65535 个。所以相对此的开放式操作系统(linux, windows and so on)的端口号上限也就是这样的。

32位序列号：表示当前报文段中第一个字节的序列号。TCP 数据流中每个字节都有一个序列号。所以它能够对 $2^{32}$ >=4GB 数据进行编号。

32位确认序列号：发给对方确认的序列号，用来告诉对方本地已经接收上一次的数据，所以回个信。确认号 = 上一次接收的对方序列号 + 1。

4位首部长度：网络上也有说是数据偏移，但是理解上还是首部长度说法好理解。它表示报文段起始到数据偏移大小，也就是首部的长度。之所以只有 4 位，因为协议规定它表示的偏移长度是 32 位，而不是字面上的 1 位。所以它能够表达的最大首部长度是 4x15x32=60 字节。正常的长度是 20 个字节。

保留位：6 位的保留位，既没啥用。

6个标志位：

标志位	说明
URG	紧急位，为 1 时，首部中的紧急指针有效
ACK	(Acknowledgment)确认位，为 1 时，首部中的确认号有效
PSH	推位，为 1 时，要求把数据尽快交给应用程序
RST	复位标志，为 1 时，复位连接，一般在出错或关闭连接时使用
SYN	(Synchronization) 同步位，在建立连接时使用，当 SYN=1 而 ACK=0 时，表明这是一个连接请求报文段。对方若同意建立连接，在发回的报文段中使 SYN=1 和 ACK=1
FIN	结束位，为1时，表示发送方完成了数据发送

TCP连接的建立

客户端和服务器端 TCP 连接的建立也叫三次握手(three-way handshake)，通过三次数据传输完成。

SYN 会占用一个序列号

TCP 的数据传输

TCP 连接的关闭

FIN 也会占用一个序列号