网络基础 TCP协议(报文解析)

网络基础 TCP协议(报文解析)

（一） TCP/ UDP区别
  TCP:传输控制协议

       TCP与UDP都是属于传输层协议，尽管使用同样的网络层IP协议，但是两者之间有很大的区别。TCP是一种面向连接的协议，提供的是一种面向连接的、提供可靠地字节流服务。

      TCP在正式收发数据前，必须要和对方建立可靠的连接（必须要经过三次“握手”才能建立起连接）。由于TCP是面向连接的协议，也就意味着TCP应用不能应用与多播和组播。

      UDP则是面向非连接的协议，它不能与对方建立连接，而是直接把数据包发送过去，UDP适用于一次性传送少量的数据，对可靠性要求不高的应用环境。正因为UDP协议没有连接过程，所以通信速度快。所以在业务中，选择TCP还是UDP作为传输协议，完全取决于具体的业务需求。

       

（二） TCP可靠性的策略
  1. 数据被分割为TCP认为合适的块进行传输

  2.当TCP发送一个数据报之后，将启动一个定时器，等待目标确认这个数据报，如果不能得到确认，将重发这个数据报。TCP提供了一系列的超时和重发策略。

  3. TCP将保持伪首部、首部与数据的校验和（具体参考checksum算法），这是一个端到端的校验和。如果校验和出错，则接受端会丢弃这个数据，并不回送确认报文（发送端将在超时后重发）。

  4. TCP采用IP协议作为网络层，IP数据报有可能乱序传送，如有必要，TCP将对IP数据报进行重新排序。

  5. IP数据报可能会发送重复，TCP端能够丢弃重复的数据。
  6. TCP收到一个数据报时，并不立即发送确认报文，通常将推迟几十毫秒再发送。
  7. TCP提供了流量控制的策略

（三） TCP的报文格式详解

     3.1 TCP报文格式

     下图给出了TCP的报文格式（图片来源于网络）。有时一个IP地址和一个端口号也被称之为套接字（socket）。套接字对（socket pair）可以唯一的确定互联网中的双方连接关系。
         
   

•      32位序号：指出段中数据在发送端数据流中的位置。用来标志从TCP发送端向TCP接收端发送的字节流，表示这个报文的第一个数据字节，如果把TCP看做是两个应用程序间的数据单项流动，则TCP用需要对每个字节进行计数，溢出后从0开始。

•      32位确认序号：用于接收端通知发送端希望得到的下一个字节数，在此之前的字节已经接收完毕。确认需要在ACK标志位1时，有效。TCP提供全双工服务，数据在两个方向上独立传输，所以连接的每一端要保持每个方向上的传输序号。

•      首部长度：指出以32bit为单位的字长度。 它是针对变长“选项”设计的。4位首部长度，最大值为15个字，即首部最大长度为64个字节。

•      URG：紧急指针字段可用

•      ACK：确认字段可用

•      PSH：本报文段请求紧急操作

•      RST：连接复位（首先断开连接，然后重新连接）

•      SYN：序号同步，用于建立连接中的同步（该标志仅仅在三次握手建立TCP时有效）

•      FIN：发送方字节流结束（该标志仅在结束TCP连接时有效。0表示结束连接请求、 1表示结束连接）

•      窗口(滑动窗口)：用于通知接收端接收缓冲区的大小，提供流量控制。

     3.2 URG与PSH介绍   

      如果发送方希望终止操作，不想接收方接收完所有的数据（如远程主机上的程序错误时就需要这种信号）。TCP此时将数据指定为“紧急”型，接收方收到这种数据后，会不必排队而尽快通知应用程序。URG为1，则表示它是紧急的，其中“紧急指针”指出了紧急数据在报文段中的结束位置。

      PSH位提供了数据强迫传输机制，以强迫传输当前流中的收时，不必等待缓冲区满，直接通知应用层完成数据交付，因为一般来说TCP需要等内核缓冲区填满后再通知应用层。而URG是不需要经过缓冲区的。

     3.3 滑动窗口

   所谓的滑动窗口，表示接受端的实际接收能力，用以限制发送方的发送速度。窗口起始位置为确认号字段指明的值，这个值是接收端根据自身实际缓冲希望接收的字节数。窗口大小最大为65535个字节（16bit）。

     TCP可以表述为没有选择确认或否认的滑动窗口协议。TCP缺少选择确认，因为TCP首部的确认序号表示接收方已成功收到的字节后，希望得到的连续的下一个字节。例如：1~1024字节已经收到，下一段报文中包含从2049~3072到的字节，接收端并不能确认这个新的报文，只是发回一个确认序号为1025的ACK。如果接受到1025~2048的报文，但是检验和错，TCP也只是发回一个确认序号为1025的ACK。

   分析下图所示的滑动窗口刻度，说出起始序号、发送窗口、报文段长度分别为多少？

  
  

      由图可知，前一个窗口的值是400，发送了1-400长度的报文，之后收到1-200的报文并更新了滑动窗口（确认中，窗口值为500），此时窗口向前滑动200个长度（从1的位置滑到200），且窗口范围扩大100。

      起始序号为401，发送窗口长度为500，报文段长度为300（从401到700）。

      窗口内可以发送报文的内容为401-700,201-400之前已经发送，在等待被确认或者重传。

（四） UDP的报文格式

      UDP报文格式如下：

   
   

      UDP目的端口：接收数据时，UDP要判断此目的端口是否与当前使用的端口匹配，如是，则将数据报放入相应的接收队列，否则，抛弃该数据并向信源端口发送“端口不可达”的差错消息报文。

      报文长度：以字节计算的整个报文长度，最小为8个字节，只有报头

      校验位：为了效率，该值是一个可选项


    正如博文标题所述，仅仅作为入门的内容。TCP涉及的流量控制、阻塞控制也是非常值得研究的~~
    推荐一篇流量控制、阻塞控制的科普文章：
    TCP滑动窗口机制 http://blog.csdn.net/whygosofar/article/details/5582965