传输控制协议（Transmission Control Protocol, TCP）

传输把持协议（Transmission Control Protocol, TCP）

TCP协议主为了在主机间实现高可靠性的包交换传输协议。本文将描写协议标准和实现的一些方法。因为电脑网络在现代社会中已经是不可缺乏的了，TCP协议重要在网络不可靠的时候完成通信，对军方可能特别有用，但是对于政府和商用部门也实用。TCP是面向连接的端到端的可靠协议。它支撑多种网络利用程序。TCP对下层服务没有多少恳求，它假定下层只能供给不可靠的数据报服务，它可以在多种硬件构成的网络上运行。下面的图是TCP在层次式结构中的地位，它的下层是IP协议，TCP可以根据IP协议供给的服务传送大小不定的数据，IP协议负责对数据进行分段，重组，在多种网络中传送。

TCP的上面就是利用程序，下面是IP协议，上层接口包含一系列类似于操作系统中断的调用。对于上层利用程序来说，TCP应当能够异步传送数据。下层接口我们假定为IP协议接口。为了在并不可靠的网络上实现面向连接的可靠的传送数据，TCP必须解决可靠性，流量把持的问题，必须能够为上层利用程序供给多个接口，同时为多个利用程序供给数据，同时TCP必须解决连接问题，这样TCP才干称得上是面向连接的，最后，TCP也必须能够解决通信安全性的问题。

网络环境包含由网关（或其它设备）连接的网络，网络可以是局域网也可以是一些城域网或广域网，但无论它们是什么，它们必须是基于包交换的。主机上不同的协议有不同的端口号，一对过程通过这个端口号进行通信。这个通信不包含电脑内的I/O操作，只包含在网络上进行的操作。网络上的电脑被看作包传送的源和目标结点。特别应当注意的是：电脑中的不同过程可能同时进行通信，这时它们会用端口号进行差别，不会把发向A过程的数据由B过程吸收的。

过程为了传送数据会调用TCP，将数据和相应的参数传送给TCP，于是TCP会将数据传送到目标TCP那里，当然这是通过将TCP包打包在IP包内在网络上传送达到的。吸收方TCP在吸收到数据后会通信上层利用程序，TCP会保证吸收数据次序的正确性。虽然下层协议可能不会保证次序是正确的。这里需要阐明的是网关在吸收到这个包后，会将包解开，看看是不是已经到目标地了，如果没有到，应当走什么路由达到目标地，在决定后，网关会根据下一个网络内的协议情况再次将TCP包打包传送，如果需要，还要把这个包再次分成几段再传送。这个落地检查的过程是一个耗时的过程。从上面，我们可以看出TCP传送的基础过程，当然具体过程可能要复杂得多。

在实现TCP的主机上，TCP可以被看成是一个模块，和文件系统差别不大，TCP也可以调用一些操作系统的功效，TCP不直接和网络打交道，把持网络的任务由专门的设备驱动模块完成。TCP只是调用IP接口，IP向TCP供给所有TCP需要的服务。通过下图我们可以更明确地看到TCP协议的结构。

上面已经说过了，TCP连接是可靠的，而且保证了传送数据包的次序，保证次序是用一个序号来保证的。响应包内也包含一个序列号，表现吸收方筹备好这个序号的包。在TCP传送一个数据包时，它同时把这个数据包放入重发队列中，同时启动记数器，如果收到了关于这个包的确认信息，将此包从队列中删除，如果计时超时则需要重新发送此包。请注意，从TCP返回的确认信息并不保证最终吸收者吸收到数据，这个责任由吸收方负责。

每个用于传送TCP的通道都有一个端口标记，因为这个标记是由每个TCP终端断定的，因此TCP可能不唯一，为了保证这个数值的唯一，要利用网络地址和端口号的组合达到唯一标识的目标，我们称这个为了套接字（Socket），一个连接由连接两端的套接字标识，本地的套接字可能和不同的外部套接字通信，这种通信是全双工的。

通过向本地端口发送OPEN命令及外部套接字参数建立连接，TCP返回一个标记这个连接的名称，以后如果用户需要利用这个名称标记这个连接。为了保存这个连接的信息，我们假设有一个称为传输把持块（Transmission Control Block，TCB）的东西来保存。OPEN命令还指定这个连接的建立是主动恳求还是被动等候恳求。下面我们要涉及具体的功效了，TCP段以internet数据报的情势传送。IP包头传送不同的信息域，包含源地址和目标地址。TCP头跟在internet包头后面，供给了一些专用于TCP协议的信息。下图是TCP包头格式图：

源端口：16位；

目标端口：16位

序列码：32位，当SYN涌现，序列码实际上是初始序列码（ISN），而第一个数据字节是ISN+1；

确认码：32位，如果设置了ACK把持位，这个值表现一个筹备吸收的包的序列码；

数据偏移量：4位，教唆何处数据开始；

保存：6位，这些位必须是0；

把持位：6位；

窗口：16位；

校验位：16位；

优先指针：16位，指向后面是优先数据的字节；

选项：长度不定；但长度必须以字节记；选项的具体内容我们联合具体命令来看；

填充：不定长，填充的内容必须为0，它是为了保证包头的联合和数据的开始处偏移量能够被32整除；

我们前面已经说过有一个TCB的东西了，TCB里有存储了包含发送方，吸收方的套接字，用户的发送和吸收的缓冲区指针等变量。除了这些还有一些变量和发送吸收序列号有关：

发送序列变量

SND.UNA - 发送未确认

SND.NXT - 发送下一个

SND.WND - 发送窗口

SND.UP - 发送优先指针

SND.WL1 - 用于最后窗口更新的段序列号

SND.WL2 - 用于最后窗口更新的段确认号

ISS - 初始发送序列号

吸收序列号

RCV.NXT - 吸收下一个

RCV.WND - 吸收下一个

RCV.UP - 吸收优先指针

IRS - 初始吸收序列号

下图会援助您懂得发送序列变量间的关系：

当前段变量

SEG.SEQ - 段序列号

SEG.ACK - 段确认标记

SEG.LEN - 段长

SEG.WND - 段窗口

SEG.UP - 段紧急指针

SEG.PRC - 段优先级

连接过程是通过一系列状态表现的，这些状态有：LISTEN，SYN-SENT，SYN-RECEIVED，ESTABLISHED，FIN-WAIT-1，FIN-WAIT-2，CLOSE-WAIT，CLOSING，LAST-ACK，TIME-WAIT和 CLOSED。CLOSED表现没有连接，各个状态的意义如下：

LISTEN - 侦听来自远方TCP端口的连接恳求；

SYN-SENT - 在发送连接恳求后等候匹配的连接恳求；

SYN-RECEIVED - 在收到和发送一个连接恳求后等候对连接恳求的确认；

ESTABLISHED - 代表一个打开的连接，数据可以传送给用户；

FIN-WAIT-1 - 等候远程TCP的连接中断恳求，或先前的连接中断恳求的确认；

FIN-WAIT-2 - 从远程TCP等候连接中断恳求；

CLOSE-WAIT - 等候从本地用户发来的连接中断恳求；

CLOSING - 等候远程TCP对连接中断的确认；

LAST-ACK - 等候本来发向远程TCP的连接中断恳求的确认；

TIME-WAIT - 等候足够的时间以确保远程TCP吸收到连接中断恳求的确认；

CLOSED - 没有任何连接状态；

TCP连接过程是状态的转换，促使产生状态转换的是用户调用：OPEN，SEND，RECEIVE，CLOSE，ABORT和STATUS；传送过来的数据段，特别那些包含以下标记的数据段SYN，ACK，RST和FIN；还有超时，上面所说的都会时TCP状态产生变更。

下面的图表现了TCP状态的转换，但这图中没有包含弊病的情况和弊病处理，不要把这幅图看成是总阐明了。

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