TCP入门

匿名 (未验证) 提交于 2019-12-02 23:42:01
报文头部格式

源端口 2字节 最大2^16-1
目的端口 2字节

TCP交互端口的意义:指明交互双方的身份是属于IP内的哪个进程

校验和

伪首部 先加个伪首部 伪首部共有12字节,包含如下信息:源IP地址、目的IP地址、保留字节(置0)、传输层协议号(TCP是6)、TCP报文长度(报头+数据)。

伪首部是为了增加TCP校验和的检错能力:如检查TCP报文是否收错了(目的IP地址)、传输层协议是否选对了(传输层协议号)等。

首先,把伪首部、TCP报头、TCP数据分为16位的字,如果总长度为奇数个字节,则在最后增添一个位都为0的字节。把TCP报头中的校验和字段置为0(否则就陷入鸡生蛋还是蛋生鸡的问题)。

其次,用反码相加法累加所有的16位字(进位也要累加)。

最后,对计算结果取反,作为TCP的校验和。

窗口 表示缓存最大可以接受多少字节

默认不设置窗口扩大因子时是64K

选项 可以设置窗口位移

常见对TCP选项有7种,其中kind=3是窗口扩大因子选项。TCP连接初始化时,通信双方使用该选项来协商接收通过的窗口扩大因子。假设TCP头部中的通告窗口大小为N,窗口扩大因子(位移数)是M,那么TCP报文段的实际接收通告窗口大小为:N * (2 ** M)。M的取值范围为0 ~ 14。这样的话,通告窗口最大约为1GB,能够满足大部分应用的需求。

序号:本包在本次单向传输是属于第几个字节开始

初始序列化使用随机值:防止中间人预测序列号攻击

占4个字节,它的范围在0-2^32-1,序号随着通信的进行不断的递增,当达到最大值的时候重新回到0在开始递增。TCP是面向字节流的,在一个TCP连接中传送的字节流中的每一个字节都按照顺序编号。整个要传送的字节流的起始号必须在连接建立时设置。首部中的序列号字段指的是本报文段所发送的数据的第一个字节的序号。例如,一个报文序号是301,而携带的数据共有100字节。则表示本次报文中的序号是301,下一个报文的序号是401.重复一下,每一个报文的序号是该报文包含的字节中第一个字节的编号。

确认号:占4个字节,确认号,是对下一个想要接受的字节的期望

这里隐式确认了对上一个数据包的成功接收。如上例,在成功接收了序号为301的数据包,想要接收下一个数据包因为上个数据包包含100字节,所以此时的确认号应该是401,表示希望接收下一个序号是401的数据包。

六个标记位:URG QCK PSH RST SYN FIN

每个标记位占1比特 用作一些某种功能

SYNSYN= 1 表示这是一个连接请求或连接接受报文。在建立连接时用来进行同步序号(个人理解是,在建立连接的时候,提醒对方记录本方的起始序号)。当SYN=1而ACK=0时,表明这是一个连接请求报文段。对方若是同意建立连接,则应响应的报文段中使SYN=1、ACK=1。====因此SYN=1表示该报文是一个连接请求报文或者是一个连接请求接收报文。

ACK:确认号只有在该位设置为1的时候才生效,当该位为0是表示确认号无效。TCP规定,在TCP连接建立后所有传送的数据报文段ACK都必须设置为1

FIN当 FIN = 1 时,表明此报文段的发送方的数据已经发送完毕,并要求释放连接

11中连接状态

Base

TCP 是全双工通信
通信双方 无论确认多少次 都无法确认双方最后一次理解是否一致
所以用尽量少的确认数做到相当准确就可以了

三次握手:

一次用来请求 两次ACK 交换序号

为什么不是两次
1.两次无法解决SYN死灰复燃的问题 额。。。

为什么不是四次
没有意义,无论确认多少次,都无法认定对方状态绝对OK

l CLOSED:初始状态,表示TCP连接是“关闭着的”或“未打开的”。

l LISTEN :表示服务器端的某个SOCKET处于监听状态,可以接受客户端的连接。

l SYN_RCVD :表示服务器接收到了来自客户端请求连接的SYN报文。在正常情况下,这个状态是服务器端的SOCKET在建立TCP连接时的三次握手会话过程中的一个中间状态,很短暂,基本上用netstat很难看到这种状态,除非故意写一个监测程序,将三次TCP握手过程中最后一个ACK报文不予发送。当TCP连接处于此状态时,再收到客户端的ACK报文,它就会进入到ESTABLISHED 状态。

l SYN_SENT :这个状态与SYN_RCVD 状态相呼应,当客户端SOCKET执行connect()进行连接时,它首先发送SYN报文,然后随即进入到SYN_SENT 状态,并等待服务端的发送三次握手中的第2个报文。SYN_SENT 状态表示客户端已发送SYN报文。

l ESTABLISHED :表示TCP连接已经成功建立。

l FIN_WAIT_1 :这个状态得好好解释一下,其实FIN_WAIT_1 和FIN_WAIT_2 两种状态的真正含义都是表示等待对方的FIN报文。而这两种状态的区别是:FIN_WAIT_1状态实际上是当SOCKET在ESTABLISHED状态时,它想主动关闭连接,向对方发送了FIN报文,此时该SOCKET进入到FIN_WAIT_1 状态。而当对方回应ACK报文后,则进入到FIN_WAIT_2 状态。当然在实际的正常情况下,无论对方处于任何种情况下,都应该马上回应ACK报文,所以FIN_WAIT_1 状态一般是比较难见到的,而FIN_WAIT_2 状态有时仍可以用netstat看到。

l FIN_WAIT_2 :上面已经解释了这种状态的由来,实际上FIN_WAIT_2状态下的SOCKET表示半连接,即有一方调用close()主动要求关闭连接。注意:FIN_WAIT_2 是没有超时的(不像TIME_WAIT 状态),这种状态下如果对方不关闭(不配合完成4次挥手过程),那这个 FIN_WAIT_2 状态将一直保持到系统重启,越来越多的FIN_WAIT_2 状态会导致内核crash。

l TIME_WAIT :表示收到了对方的FIN报文,并发送出了ACK报文。 TIME_WAIT状态下的TCP连接会等待2*MSL(Max Segment Lifetime,最大分段生存期,指一个TCP报文在Internet上的最长生存时间。每个具体的TCP协议实现都必须选择一个确定的MSL值,RFC 1122建议是2分钟,但BSD传统实现采用了30秒,Linux可以cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_fin_timeout看到本机的这个值),然后即可回到CLOSED 可用状态了。如果FIN_WAIT_1状态下,收到了对方同时带FIN标志和ACK标志的报文时,可以直接进入到TIME_WAIT状态,而无须经过FIN_WAIT_2状态。(这种情况应该就是四次挥手变成三次挥手的那种情况)

l CLOSING :这种状态在实际情况中应该很少见,属于一种比较罕见的例外状态。正常情况下,当一方发送FIN报文后,按理来说是应该先收到(或同时收到)对方的ACK报文,再收到对方的FIN报文。但是CLOSING 状态表示一方发送FIN报文后,并没有收到对方的ACK报文,反而却也收到了对方的FIN报文。什么情况下会出现此种情况呢?那就是当双方几乎在同时close()一个SOCKET的话,就出现了双方同时发送FIN报文的情况,这是就会出现CLOSING 状态,表示双方都正在关闭SOCKET连接。

l CLOSE_WAIT :表示正在等待关闭。怎么理解呢?当对方close()一个SOCKET后发送FIN报文给自己,你的系统毫无疑问地将会回应一个ACK报文给对方,此时TCP连接则进入到CLOSE_WAIT状态。接下来呢,你需要检查自己是否还有数据要发送给对方,如果没有的话,那你也就可以close()这个SOCKET并发送FIN报文给对方,即关闭自己到对方这个方向的连接。有数据的话则看程序的策略,继续发送或丢弃。简单地说,当你处于CLOSE_WAIT 状态下,需要完成的事情是等待你去关闭连接。

l LAST_ACK :当被动关闭的一方在发送FIN报文后,等待对方的ACK报文的时候,就处于LAST_ACK 状态。当收到对方的ACK报文后,也就可以进入到CLOSED 可用状态了。

参考:

TCP的11种状态

TCP校验和的原理和实现

文章来源: https://blog.csdn.net/qq_24510225/article/details/91574791
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