本文通過兩個(gè)圖來梳理TCP-IP協(xié)議相關(guān)知識(shí)。TCP通信過程包括三個(gè)步驟：建立TCP連接通道，傳輸數(shù)據(jù)，斷開TCP連接通道。如圖1所示，給出了TCP通信過程的示意圖。

圖1 TCP 三次握手四次揮手

圖1主要包括三部分：建立連接、傳輸數(shù)據(jù)、斷開連接。

1)建立TCP連接很簡(jiǎn)單，通過三次握手便可建立連接。

2)建立好連接后，開始傳輸數(shù)據(jù)。TCP數(shù)據(jù)傳輸牽涉到的概念很多：超時(shí)重傳、快速重傳、流量控制、擁塞控制等等。

3)斷開連接的過程也很簡(jiǎn)單，通過四次握手完成斷開連接的過程。

三次握手建立連接：

第一次握手：客戶端發(fā)送syn包(seq=x)到服務(wù)器，并進(jìn)入SYN_SEND狀態(tài)，等待服務(wù)器確認(rèn)；

第二次握手：服務(wù)器收到syn包，必須確認(rèn)客戶的SYN（ack=x+1），同時(shí)自己也發(fā)送一個(gè)SYN包（seq=y），即SYN+ACK包，此時(shí)服務(wù)器進(jìn)入SYN_RECV狀態(tài)；

第三次握手：客戶端收到服務(wù)器的SYN＋ACK包，向服務(wù)器發(fā)送確認(rèn)包ACK(ack=y+1)，此包發(fā)送完畢，客戶端和服務(wù)器進(jìn)入ESTABLISHED狀態(tài)，完成三次握手。

 握手過程中傳送的包里不包含數(shù)據(jù)，三次握手完畢后，客戶端與服務(wù)器才正式開始傳送數(shù)據(jù)。理想狀態(tài)下，TCP連接一旦建立，在通信雙方中的任何一方主動(dòng)關(guān)閉連接之前，TCP 連接都將被一直保持下去。

傳輸數(shù)據(jù)過程：

a.超時(shí)重傳

超時(shí)重傳機(jī)制用來保證TCP傳輸?shù)目煽啃?。每次發(fā)送數(shù)據(jù)包時(shí)，發(fā)送的數(shù)據(jù)報(bào)都有seq號(hào)，接收端收到數(shù)據(jù)后，會(huì)回復(fù)ack進(jìn)行確認(rèn)，表示某一seq號(hào)數(shù)據(jù)已經(jīng)收到。發(fā)送方在發(fā)送了某個(gè)seq包后，等待一段時(shí)間，如果沒有收到對(duì)應(yīng)的ack回復(fù)，就會(huì)認(rèn)為報(bào)文丟失，會(huì)重傳這個(gè)數(shù)據(jù)包。

b.快速重傳

接受數(shù)據(jù)一方發(fā)現(xiàn)有數(shù)據(jù)包丟掉了。就會(huì)發(fā)送ack報(bào)文告訴發(fā)送端重傳丟失的報(bào)文。如果發(fā)送端連續(xù)收到標(biāo)號(hào)相同的ack包，則會(huì)觸發(fā)客戶端的快速重傳。比較超時(shí)重傳和快速重傳，可以發(fā)現(xiàn)超時(shí)重傳是發(fā)送端在傻等超時(shí)，然后觸發(fā)重傳；而快速重傳則是接收端主動(dòng)告訴發(fā)送端數(shù)據(jù)沒收到，然后觸發(fā)發(fā)送端重傳。

c.流量控制

這里主要說TCP滑動(dòng)窗流量控制。TCP頭里有一個(gè)字段叫Window，又叫Advertised-Window，這個(gè)字段是接收端告訴發(fā)送端自己還有多少緩沖區(qū)可以接收數(shù)據(jù)。于是發(fā)送端就可以根據(jù)這個(gè)接收端的處理能力來發(fā)送數(shù)據(jù)，而不會(huì)導(dǎo)致接收端處理不過來。 滑動(dòng)窗可以是提高TCP傳輸效率的一種機(jī)制。

d.擁塞控制

滑動(dòng)窗用來做流量控制。流量控制只關(guān)注發(fā)送端和接受端自身的狀況，而沒有考慮整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的通信情況。擁塞控制，則是基于整個(gè)網(wǎng)絡(luò)來考慮的。考慮一下這樣的場(chǎng)景：某一時(shí)刻網(wǎng)絡(luò)上的延時(shí)突然增加，那么，TCP對(duì)這個(gè)事做出的應(yīng)對(duì)只有重傳數(shù)據(jù)，但是，重傳會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的負(fù)擔(dān)更重，于是會(huì)導(dǎo)致更大的延遲以及更多的丟包，于是，這個(gè)情況就會(huì)進(jìn)入惡性循環(huán)被不斷地放大。試想一下，如果一個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)有成千上萬的TCP連接都這么行事，那么馬上就會(huì)形成“網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴”，TCP這個(gè)協(xié)議就會(huì)拖垮整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。為此，TCP引入了擁塞控制策略。擁塞策略算法主要包括：慢啟動(dòng)，擁塞避免，擁塞發(fā)生，快速恢復(fù)。

四次握手?jǐn)嚅_連接：

第一次揮手：主動(dòng)關(guān)閉方發(fā)送一個(gè)FIN，用來關(guān)閉主動(dòng)方到被動(dòng)關(guān)閉方的數(shù)據(jù)傳送，也就是主動(dòng)關(guān)閉方告訴被動(dòng)關(guān)閉方：我已經(jīng)不會(huì)再給你發(fā)數(shù)據(jù)了(當(dāng)然，在fin包之前發(fā)送出去的數(shù)據(jù)，如果沒有收到對(duì)應(yīng)的ack確認(rèn)報(bào)文，主動(dòng)關(guān)閉方依然會(huì)重發(fā)這些數(shù)據(jù))，但此時(shí)主動(dòng)關(guān)閉方還可以接受數(shù)據(jù)。

第二次揮手：被動(dòng)關(guān)閉方收到FIN包后，發(fā)送一個(gè)ACK給對(duì)方，確認(rèn)序號(hào)為收到序號(hào)+1（與SYN相同，一個(gè)FIN占用一個(gè)序號(hào)）。

第三次揮手：被動(dòng)關(guān)閉方發(fā)送一個(gè)FIN，用來關(guān)閉被動(dòng)關(guān)閉方到主動(dòng)關(guān)閉方的數(shù)據(jù)傳送，也就是告訴主動(dòng)關(guān)閉方，我的數(shù)據(jù)也發(fā)送完了，不會(huì)再給你發(fā)數(shù)據(jù)了。

第四次揮手：主動(dòng)關(guān)閉方收到FIN后，發(fā)送一個(gè)ACK給被動(dòng)關(guān)閉方，確認(rèn)序號(hào)為收到序號(hào)+1，至此，完成四次揮手。

圖2給出了TCP通信過程中的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，理解此圖是我們理解TCP-IP協(xié)議的關(guān)鍵。

圖2  TCP狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖

狀態(tài)圖詳細(xì)解讀：

1.CLOSED：起始點(diǎn)，在超時(shí)或者連接關(guān)閉時(shí)候進(jìn)入此狀態(tài)。

2.LISTEN：服務(wù)端在等待連接過來時(shí)候的狀態(tài)，服務(wù)端為此要調(diào)用socket，bind,listen函數(shù)，就能進(jìn)入此狀態(tài)。此稱為應(yīng)用程序被動(dòng)打開（等待客戶端來連接）。

3.SYN_SENT:客戶端發(fā)起連接，發(fā)送SYN給服務(wù)器端。如果服務(wù)器端不能連接，則直接進(jìn)入CLOSED狀態(tài)。

4.SYN_RCVD：跟3對(duì)應(yīng)，服務(wù)器端接受客戶端的SYN請(qǐng)求，服務(wù)器端由LISTEN狀態(tài)進(jìn)入SYN_RCVD狀態(tài)。同時(shí)服務(wù)器端要回應(yīng)一個(gè)ACK，同時(shí)發(fā)送一個(gè)SYN給客戶端；另外一種情況，客戶端在發(fā)起SYN的同時(shí)接收到服務(wù)器端得SYN請(qǐng)求，客戶端就會(huì)由SYN_SENT到SYN_RCVD狀態(tài)。

5.ESTABLISHED：服務(wù)器端和客戶端在完成3次握手進(jìn)入狀態(tài)，說明已經(jīng)可以開始傳輸數(shù)據(jù)了。

以上是建立連接時(shí)服務(wù)器端和客戶端產(chǎn)生的狀態(tài)轉(zhuǎn)移說明。相對(duì)來說比較簡(jiǎn)單明了，如果你對(duì)三次握手比較熟悉，建立連接時(shí)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移還是很容易理解。

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