TCP 报文格式

其中重要字段：

  • 序号(sequence number)：seq 序号，4 个字节。在一个 TCP 连接中传送的字节流的每一个字节都按顺序编号，seq 是本报文段的第一个字节的序号
  • 确认号(acknowledgement number)：ack 序号，4 个字节。期望收到对方下一个报文段的第一个数据字节的序号，对方报文段最后一个字节序号加 1
  • 标志位(flags)：0 或 1
    • 确认(ACK)：ACK=1 时确认号才有效；
    • 同步(SYN)：SYN=1 表示这是一个连接请求或连接接受报文
    • 终止(FIN)：FIN 释放连接，FIN=1 表明数据发送完毕，要求释放运输连接

三次握手

  1. 客户端向服务器发送报文，标志位为 SYN，序号 seq=x，客户端进入 syn-sent 状态；
  2. 服务器收到并返回报文，标志位 SYN 和 ACK，序号 seq=y，确认号 ack=x+1，服务器进入 syn-rcvd 状态；
  3. 客户端收到并返回报文，标志位 ACK，序号 seq=x+1 即服务器的 ack，确认号 ack=y+1，客户端进入 established 状态，服务器收到报文后也进入 established 状态。

四次挥手

  1. 客户端向服务器发送报文，标志位 FIN，序号 seq=u，客户端进入 fin-wait-1 状态；
  2. 服务器收到报文进入 close-wait 状态并返回报文，标志位 ACK，序号 seq=y，确认号 ack=u+1；客户端收到报文进入 fin-wait-2 状态；
  3. 服务器做好了释放准备发送报文，标志位 FIN 和 ACK，序号 seq=w，确认号 ack=u+1，服务器进入 last-ack 状态；
  4. 客户端收到报文进入 time-wait 状态并返回报文，标志位 ACK，序号 seq=u+1，确认号 ack=w+1，客户端随后等待 2MSL；服务器收到报文进入 closed 状态，客户端等待完 2MSL 后进入 closed 状态

为什么是 3 次握手不是 2 次或 4 次？

2 次的问题：A 向 B 发送请求报文，B 收到回复 A 确认报文，但 B 无法确定 A 是否收到报文，A 也无法确定 B 是否收到请求报文(B 的确认报文可能丢失)，造成死锁，；

4 次问题：A 向 B 发送请求报文，B 回复 A 确认报文，B 再向 A 发送请求报文，A 向 B 发送确认报文，其中 2、3 步可以合并提高连接速度

3 次握手中途请求失败怎么办？

  • 第一次发送 SYN 给服务器失败
    • 客户端会周期性重传，直到服务器收到
  • 第二次发送 SYN+ACK 失败
    • 服务器会周期性重传，直到客户端确认
  • 第三次发送 ACK 失败
    • 客户端单方面认为连接成功，此时：
      • a. 如果一直没有数据发送，服务器会周期性重传 SYN+ACK，直到客户端发送 ACK 成功(TCP 不会为没有数据的 ACK 超时重传)
      • b. 如果客户端有数据发送，服务器收到 data+ACK，自然会切换到连接状态，接受客户端的 data
      • c. 如果服务器有数据发送，数据发送不了(因为服务器状态还不是连接成功状态)，服务器会周期性重传 SYN+ACK，直到客户端确认。

为什么 tcp 连接的时候是三次，断开的时候却是四次？

因为在连接的时候，服务器收到客户端的 SYN 请求时，可以直接发送 SYN+ACK，ACK 用来应答的，SYN 用来同步的；
但是在断开时，服务器收到客户端的 FIN 请求时，可能服务器还没向客户端发送完数据，只能先发送个 ACK，表示知道了，等服务器所有报文都发送完了，再向客户端发送 FIN+ACK，表示可以结束了

为什么客户端在结束后还要等 2MSL(最大报文段生存时间)才能到 closed 状态？

客户端需要判断最后的一个 ACK 服务器是否成功接收，2MSL 就是一个发送和一个回复所需的最大时间，如果最后的 ACK 丢失，服务器会向客户端继续发送 FIN+ACK 报文，客户端重发 ACK 并再次等待 2MSL，如果直到 2MSL，客户端都没有收到 FIN，客户顿则认为服务器已经收到 ACK，则结束 TCP 连接。

如果已经建立连接，客户端发生故障怎么办？

TCP 设有一个保活计时器，时间通常是 2 个小时，如果 2 小时内都没有收到客户端的任何数据，服务器会发送一个探测报文段，以后每隔 75s 发送一次，连发 10 次仍然没有回应，服务器认为客户端故障，则断开连接。

ISN 是什么？

initial sequence number，初始序列号。发送方的字节数据编号的原点

握手的第三次可以携带数据吗？

可以。能够发出第三次握手的用户应该是合法的用户，尽管服务器的状态还不是 established，但在收到第三次握手瞬间状态变为成功，数据可以成功接收。

ACK 标志位可以单独承担消息传递的任务吗？

不行！需要 ack number 配合，如果成功接收 ack number，则表明前面发送的数据已经被成功接收。