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TCP被誉为是可靠的数据传输协议,它是通过下面的方式来提供可靠性的: (1)应用数据被分割成TCP认为最合适发送的数据块。这和UDP完全不同。应用程序产生的数据报长度将保持不变。由TCP传递给IP的信息单位称为报文段或段。 (2)当TCP发出一个端之后,它启动一个定时器,等待目的端确认接收到这个报文段。如果不能及时收到一个确认,将重发这个报文段。 (3)当TCP接收到发自TCP连接另一端的数据,它将发送一个确认。这个确认不是立即发送,通常将推迟几分之一秒。 (4)TCP将保持它首部和数据的校验。这是一个端到端的校验和,目的是检验数据在传输过程中的变化。如果收到的段的检验和有差错,TCP将丢弃这个报文段和不确认收到这个报文段(希望发送端超时然后重发) (5)既然TCP报文段作为IP数据报来传输,而IP数据报的到达可能会失序,因此TCP报文段的到达也可能会失序。如果必要,TCP将对接收到的数据进行重新排序,将收到的数据以正确的顺序交给应用层。 (6)既然TCP数据报会发生重复,TCP的接收端必须丢弃重复的数据。 (7)TCP还能提供流量控制。TCP连接的每一方都有固定大小的缓冲空间(窗)。TCP的接收端只允许另一端发送接收端缓冲区能接纳的数据。这将防止较快主机指示较慢主机的缓冲区溢出。 TCP对字节流的内容不做任何解释。TCP不知道传输的数据字节流是二进制数据,还是ASCII字符或是其他类型数据。对字节流的解释由TCP连接双方的应用层解释。在下图中解释了TCP报文和IP报文的关系:
下面是TCP首部的数据格式。如果不及任何可选字段,它通常是20字节
源端口和目的端的端口号:用于寻找发送端和接收端应用进程。这两个值加上IP首部中的源端IP地址和目的端的IP地址位移确定一个TCP连接。有时,一个IP地址和一个端口号称为一个插口。 序号:用来标识从TCP发送端向接收端发送的数据字节流,它标识在这个报文段中的第一个数据字节。如果将字节流看作在两个应用程序间的单向流动,则TCP用序号对每一个字节进行计数。序号是32bit的无符号整型,序号达到2^32-1后又从0开始。当建立一个新的连接时,SYN标志置1.序号字段包含由这个主机选择的该连接的初始序号ISN(Initial Sequence Number)。该主机要发送数据的第一个字节序号为这个ISN加1,因为SYN标志消耗了一个序号。 确认序号:既然每个传输的字节都要被计数,确认序号包含发送确认的一端所期望收到的下一个序号。因此,确认序号应当是上次已成功接收到的数据字节序号加1.只有ACK标志位1时确认序号字段才有效。发送ACK无需任何代价,因为32bit的确认序号字段和ACK标志一样,总是TCP首部的一部分。因此,一旦一个连接建立起来,这个字段总是被设置,ACK标志也总是被设置为1。 TCP为应用层提供全双工服务。这意味数据能够在两个方向上独立地进行传输,因此,连接的每一端必须保持每个方向上的传输数据序号。TCP可以描述为一个没有选择确认或是否认的滑动窗口协议。TCP缺少选择确认是因为TCP首部中的确认序号表示发方已经成功收到字节,但还不包含确认序号所指的字节。当前还无法对数据流中选定的部分进行确认。例如,如果1~1024字节已经成功接收,下一个文段中包含序号从2049~3072的字节,接收端并不能确认这个新的报文段。它所能做的就是发回一个确认序号为1025的ACK。它也无法对一个报文段进行否认。例如,如果收到包含1025~2048字节的报文段,但它的校验和错误,TCP接收端能做的就是发回一个确认序号为1025的ACK。 首部长度:给出首部中32bit字的数目。需要这个值是因为任选字段的长度是可变的。这个字段占4bit,因此TCP最多有40字节的首部。然而,没有任何选择字段,那么长度是20字节。
6个标志比特:他们中多个可能同时被置1,下面是对这个标志比特的简短解释TCP的流量控制由连接的每一端通过声明的窗口大小来提供。窗口大小为字节数,起始于确认序号字段指明的值,这个值是接收端挣期望接收到的字节。窗口大小是一个16bit字段,因而窗口大小最大为65535字节。 检验和:检验和覆盖了整个TCP报文段,TCP首部和TCP数据。这是一个强制性的字段,一定要由发送端计算和存储,并由接收端进行验证。TCP校验和的计算和UDP校验和的计算类似,使用之前在UDP中提到的伪首部。 紧急指针:只有在URG标志置1的时候紧急指针才有效。紧急指针是一个正的偏移量,和序号字段中的值相加表示紧急数据最后一个字节的序号。TCP的紧急方式是发送端向另一端发送紧急数据的一种方式。 可选字段:最常见的可选字段是最长报文大小(MSS(Maximum Segment Size))。每个连接通常都在通信的第一个报文段(为建立连接而设置SYN标志位的那个段)中指明这个选项。它指明本端所能够接收的最大长度的报文段。 注意:TCP报文段中的数据部分是可选的,在一个连接建立和一个连接终止时,双方交换的报文段仅有TCP首部。如果一方没有数据要发送,也是用没有任何数据的首部来确认收到的数据。在处理超时的许多情况下,也不会发送不带任何数据的报文段。