简单包传输协议

首先 TCP和 IP 是两种不同的协议，它们来七层网络模型中分别在不同的层次， IP协议是网络层的协议， TCP 是更高一层的传输层的协议， TCP是建立在 IP 协议之上的，所以一般把 TCP 和 IP 连在一起说 TCP/IP 协议。

Windows 系统的TCP 协议栈的数据包默认是 1460 字节大小，如果一次传输的数据大于这个长度，会把分割成几个长度都不大于1460 字节的 TCP 数据包，每个数据包都会被赋予一个sequnce number （相当于每个数据包的顺序号，凭这个接收端可以知道数据包的前后顺序）

之后 TCP的数据包再被包裹上一层 IP 的数据的头，形成 IP 数据包在网上传输（其实最后还要包一层以太网数据包，网络上最终传输的都是以太网数据包）。

IP 数据包到了目的地后，接收端首先把IP 数据包的包头去掉，取出 TCP 的包。接收端每收到一个TCP 的数据包都需要返回给发送端一个 ACK 的数据包告诉发送端已接到此数据包，如果接收端在一定的时间内没有收到某个数据包的ACK 响应，会再次发送这个数据包，这样就保证了数据都能被接收端接收到（因特网上丢数据包是很正常的事，如果没有数据包重发机制，很难保证发送的数据都能被接收端完整的收到）。

每个 TCP数据包也是由包头和实际数据组成，包头包含如下主要内容：

l         Source port （ 2 字节）

发送端的端口号

l         Destination port （2 字节）

接收端的端口号

TCP 包头中只包含双方的端口号，双方的IP 地址在 IP 包的包头，所以在 TCP数据包的包头中没有 IP 地址。

l         Sequence number （4 字节）

数据的顺序号，表示当前数据包中的数据起始顺序号，比如前一个数据包的SEQ 为十六进制的： df d5 aa 3d ，数据包的实际数据长度为16 字节，那么下一个数据包的 SEQ 就要在前一个数据包的SEQ 基础上加上 16 ，为： df d5 aa 4d

l         Acknowledgement number （ 4 字节）

接收到对方的某个数据包后的回应顺序号。如果接收到了对方主动发送来的某个数据包，必须要返回对方一个ACK 回应数据包，数据包的头部的 Acknowledgement number 部分根据对方发送数据的 SEQ 和实际数据长度，返回 SEQ + 实际数据长度，表示已经接收到这个数据包。对方收到这个回应，根据数值计算后知道这个数据包已经被对方接收。如果接收不到ACK 的回应，就意味着这个数据包已经在网上被丢失，需要重新发送此数据包。

l         Header length （ 1 字节）

表示 TCP数据包的包头长度，整个 TCP 数据包的长度减包头长度就能得到 TCP数据包的实际传送的数据长度。

l         Flags （ 1字节）

标志字节，每一位都是一个标志，以下是几个主要标志：

ACK – 表示数据包是个 ACK回应数据包，表示接收到了对方的某个数据包，具体哪个包由包头的 Acknowledgement number 部分指示。

PSH – 表示这是个有实际数据的包。

SYN – 表示这是个建立连接的数据包，通讯双方要通讯，总是由客户端先发送SYN 数据包到服务端以建立 TCP 的连接。

FIN –表示通讯结束，拆除连接的数据包。

下面描述一次 TCP传送数据的完整过程，以一个客户端向服务端发送一些数据为例。

Figure 1 ．一次完整的TCP 通讯的过程

1、建立连接

TCP 是面向连接的协议，客户端和服务端要通讯就必须先建立一个连接。首先通讯双方都有地址，就是IP 地址加端口号（ IP:Port ）标识通讯的每一端，客户端的IP:Port 跟服务器 IP:Port 之间就构成一个 socket 套接字。所谓建立连接就是在客户端的 IP:Port 跟服务器IP:Port 之间建立一个通道，初始化一些通讯的基础设置，以便以后的数据通讯的正常进行。

1.1.   客户端发送 SYN

总是客户端发起连接，首先客户端发送SYN 数据包到服务端以建立 TCP 连接。

SYN 数据包只有TCP 包头，没有实际数据。

Flags 标志字节的SYN 位置位，表示是 SYN 数据包。

Sequence number 由客户端随机生成一个 4 字节的数据，作为本次连接通讯客户端数据的起始顺序号，以后客户端发往服务端的数据包的Sequence number 都在此基础上加上每次传送的实际数据长度依次相加递增，这样根据每个数据包的 Sequence number 就能判断出数据包的前后顺序，以便接收方根据数据包的顺序拼接数据包。

1.2.   服务端回应 ACK 、 SYN

服务端收到客户端的 SYN 后，首先要发送一个 ACK 数据包给客户端表示收到了这个数据包。

数据包的 Flags标志字节的 ACK 置位，表示是 ACK 回应数据包。

Acknowledgement number 设置为接收到的数据包的 SEQ + 数据包实际长度，因为接收到的 SYN的实际数据长度为 0 ，但是 TCP 协议认为实际长度为0 的主动发送的数据长度为 1 ， SYN是客户端主动发送的数据包，所以服务端把 Acknowledgement number 设置为接收到的数据包的SEQ + 1 。

TCP 通讯可以是双向的，一旦建立了连接，服务端也可以向客户端发送数据。

所以服务端也会向客户端发送一个 SYN 包，数据包的 Flags 标志字节的 SYN置位，表示是 SYN 数据包，同时随机生成一个 4 字节的数据，作为本次连接通讯服务端数据的起始顺序号 Sequence number 。

实际中，服务端把这两个数据包合并为一个数据包，SYN 和 ACK 都是置位， Sequence number和 Acknowledgement number 也同时设置，作为一个数据包发送回客户端。

1.3.   客户端回应 ACK

客户端收到服务端的 SYN 数据包后，需要回应一个 ACK 数据包，表示接收到此数据包。同样ACK 数据包的 Acknowledgement number 设置为接收到的数据包的SEQ + 1 （ SYN 、 ACK数据包的实际数据长度也是 0 ）。

2、相互收发数据

通讯双方建立了连接后，就可以相互进行数据包的传送。

发送数据的一端，把数据包的 Flags 标准字节的 PSH 置位，表示是有实际数据的数据包。

Sequence number 置为前一次的数据包的 Sequence number 加上前一次数据包的长度。

如果数据包还兼做 ACK包，则把 ACK 置位，同时设置好 Acknowledgement number把数据包发送到对方。

接收方收到对方主动发送的数据数据包后，一定要回复ACK 数据包，如果同时有数据发往对方，可以把实际数据包跟 ACK 数据包合在一起发送。

在拆除连接之前，通讯双方可以一直相互发送接收数据，数据的顺序都建立在各自的Sequence number 基础上。

图 1中，蓝色部分的数据通讯就表示这一阶段。

3、拆除连接

双方数据交换完毕，需要拆除连接，结束通讯。

3.1.   客户端发送 FIN

通讯的一方向另一方发送 FIN 数据包表示要结束通讯，拆除连接。

客户端把数据包的 Flags标准字节的 FIN 置位，表示是通讯结束数据包。

3.2.   服务端返回 ACK ， FIN

服务端收到客户端的 FIN 数据包后，先回应一个 ACK 数据包，然后也发送一个 FIN 数据包，还是服务端也结束通讯。

3.3.   客户端回应 ACK

客户端回应 ACK表示接收到服务端的 FIN 数据，双方通讯结束