TCP

2023-11-21 09:08:04

TCP 协议

TCP协议的特点
TCP报文首部构成
TCP的连接管理
流量控制
拥塞控制

TCP协议特点与应用

TCP是建立在不可靠的IP层之上的实现的可靠的数据传送协议，主要解决的传输的可靠性，有序，无丢失，无重复。
TCP是TCP/IP体系中非常复杂的一个协议

1）TCP是面向连接的传输层协议。
2）每个TCP提供的连接两个端点 TCP的连接是点对点 1对1的
3）提供可靠的交付服务。保证数据的无差错不丢失，不重复，且有序；
4) TCP提供全双工的通信。允许双方进程在任意时候都可以发送数据。设有发送缓存和接收缓存用来临时存放双向通信的数据
5） TCP面向字节流，交互一次是一个数据块。是做无结构的字节流

TCP报文首部

TCP报文的首部最短20B，后面4N B的数据根据需要增加的选项增加； TCP报文段及可以用来运载书又可以用来建连接，释放了连接和应答

各个字段的意义如下：

源端口和目的端口各占2B 16bit ；
序号字段 4B， TCP是面向字节流的组个字节传送的所以TCP每个字节都便上了一个序号，例如一个
字段值301携带的数据100B那么下一个报文段序号从401开始
确认号字段：期望收到的下一个报文段数据的第一个字符的序号确认好位N描述道序号N-1的数据已经正确收到
数据偏移(首部长度)4位，单位是4B最大TCP首部长度 (2^4-1)*4B = 60B
保留字段 6位，为了以后使用目前设置位0，可以忽略不计
紧急位，1bit URG=1表示有效，字段内有紧急数据尽快传送，高优先级
确认位 ACK ACK=1表示确认有效，建立连接后的所有报文段必须设置ACK=1
推送位 PSH=1 尽快交付给应用进程，不在等到整个缓存填满之后再交付
复位位 RST =1 表示出现严重错误例如主机崩溃必须释放连接，重新建立运输连接
同步位 SYN=1，这是一个请求连接或者连接接受报文当SYN=1 ACK=0 表示请求连接连接； ACK=1 SYN=1 表示同意连接，请求响应
中止位 FIN=1 表示数据已发送完毕，请求断开连接
12。窗口字段，2B 表示允许对方发送的数据量，缓存空间是有线的，单位是字节例如确认号是701 窗口字段是1000 表示发送报文段的以房还有接受1000B的缓存空间
校验和2B, 校验包括首部和数据的两个部分和UDP一样加上12B的伪首部
紧急指针字段；
选项字段，长度可变只规定了最大的报文字段MSS
填充字段

TCP连接建立 - 3次握手

TCP把连接作为最基本的抽象，每个TCP连接都有两个端点，不是主机也不是IP也不是应用进程
而是传输层的协议端口也称之为套接字 socket或者插口端口拼接道IP地址就是掏钱爱案子

主动发器连接的进程叫做客户机，被动等待连接建立的应用叫做服务器

第一步：

客户机向服务器发送一个TCP请求报文； 
SYN标志位位1，客户机随机选择一个其实序号seq=x 不携带数据但是消耗一个序号；

第二步:

服务器接收到报文段之后如果同意建立连接就发挥确认，并且为连接建立分配TCP缓存和变量   
SYN和ACK都设置位1，确认号字段位x+1,并发送序号y

第三步：
收到确认报文后向服务器发发送确认 ACK设置位1序号字段位x+1，确认号字段y+1
可以携带数据，如果部携带数据就不消耗序号

通过上述3步骤之后，就建立了TCP连接，提供的是全双工的通信任何时候都可以发送数据。因为服务器资源段是第二次握手
时候分配的客户端实在第三次我收拾分配的，服务器容易收到SYN洪范攻击

SYN泛洪攻击

TCP连接的释放 4次挥手

第一步：

    客户机打算关闭连接的时候，向TCP发送一个连接释放报文段，并停止发送数据； 关闭了TCP连接，FIN报文段被设定成1； 
    seq = u； 等与前面传送过的数据的最后一个字节序号加1；  全双工的时候，可以想象一条TCP路上由两个数据通路。
    发送FIN的一段不在发送数据但是还可以接受数据

第二步：

    服务器收到报文后发送ack=u+1； 报文段自己的序号是v已经传送过的字节序好加  处于版关闭状态；
    服务器发送数据客户机让然要接受，没有关闭服务器道客户机的连接方向

第三步：

    如果已经没有想要客户机发送的，通知TCP释放连接 FIN=1

第四步：
客户端收到连接后发送确认 ACK=1， ack=w+1 , seq=u+1;

连接3步骤：

SYN=1，Seq=x；
SYN=1，ACK=1，seq=y,ack=x+1
ACK=1,seq=x+1, ack=y+1

释放连接：

FIN=1，seq=u ；
ACK=1，seq=v, ack=x+1;
FIN=1,ACK=1,seq=w,ack=u+1;
ACK=1,seq=u+1,ack=w+1;

TCP 可靠传输

序号每个字节都会有的序号
确认期望收到下一个报文段第一个字节的序号，未收到确认的报文段请求即时重传
两种时间会导致TCP报文段进行重传： 1. 超时 2. 冗余ACK
保留了一个往返时间RTT，保留了一个加权的平均往返时间RTTs。超时计时器设置超时重传时间 RTO
冗余ACK：冗余ACK较好的检测丢包的确认。 1 2 3 4 5 如果2好丢失，无法到达B， 3 4 5 就成了时序

TCP流量控制

主要是为了控制流量方式缓存器移除的可能性；
TCP提供一种基于滑动窗口协议的控制机制。
报文段中窗口字段值限制对方网络注入报文的速率，
根据当前的拥塞程度而估计的窗口之称之为拥塞窗口 cwnd
接收方允许连续接受的最大能力 rwnd 窗口保证A不会使得B移除
实际大小取决与 rwnd cwnd的最小值；

TCP 拥塞控制

为了防止过多的数据注入网络，保证网络中的路由器和链路不至于过载；

慢开始算法 
刚开始建立好连接的时候开始发送TCP报文段时候，拥塞窗口cwnd = 1； 最大报文长度MSS。 没收到一个新的报文段 cwnd加1；  
逐步增加发送方的拥塞窗口cwnd； 分组注入网络的速率更加合理；  
没经过一个RTT拥塞窗口就会嘉贝，增大到一个规定的慢开始阈值 ssthresh改用拥塞避免算法  


拥塞避免算法
每经过一个RTT增加一个MSS而不是嘉贝，cwnd按线性缓慢曾昭，当出现超时的时候零满开门ssthresh等与当前窗口的一半 但不能小于2   
cwnd < ssthresh 慢开始
cwnd > ssthresh 慢开始改用拥塞避免算法
cwnd == ssthresh 都可以使用 通常使用拥塞避免算法 


快重传
根据使用了冗余ack来检测丢包的发生，也用于网络拥塞的检测。
当发送方连续收到3个重复的ACK报文段的时候，直接重传对方没有收到的报文段不必等待报文段设置的重传计时器 

快恢复  
发送端收到连续3个冗余ACK。执行乘法减小算法。然后执行避免拥塞算法，而不是从慢开始重新开始

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