TCP协议

简介

TCP(Transmission Control Protocol 传输控制协议)是一种面向连接(连接导向)的、可靠的、 基于IP的传输层协议。

OSI的七层模型

数据从应用层发下来，会在每一层都会加上头部信息，进行 封装，然后再发送到数据接收端。接收端收到数据会一层一层的解码，

每一层的作用和对应的协议如下：

三次握手四次挥手简图

三次握手（建立连接）

第一次：建立连接时，客户端发送SYN包(syn=j)到服务器，并进入SYN_SEND状态，等待服务器确认；

第二次：服务器收到SYN包，向客户端返回ACK（ack=j+1），同时自己也发送一个SYN包（syn=k），即SYN+ACK包，此时服务器进入SYN_RCVD状态；

第三次：客户端收到服务器的SYN＋ACK包，向服务器发送确认包ACK(ack=k+1)，此包发送完毕，客户端和服务器进入ESTABLISHED状态，完成三次握手。

完成三次握手，客户端与服务器开始传送数据，也就是ESTABLISHED状态。

三次握手保证了不会建立无效的连接，从而浪费资源。

四次挥手（断开连接）

第一次：TCP客户端发送一个FIN，用来关闭客户到服务器的数据传送。

第二次：服务器收到这个FIN，它发回一个ACK，确认序号为收到的序号加1。和SYN一样，一个FIN将占用一个序号。

第三次：服务器关闭客户端的连接，发送一个FIN给客户端。

第四次：客户端发回ACK报文确认，并将确认序号设置为收到序号加1。

四次挥手过程中的状态变化：

FIN_WAIT_1：当主动关闭连接的一方发送FIN，但没有接收到对象返回的ACK，会进入这个状态

FIN_WAIT_2：当主动关闭连接的一方发送FIN，接收到对象返回的ACK，会进入这个状态

CLOSE_WAIT：等待关闭，当接收到对方发送给自己的FIN以后，检查自己是否还有数据发送给对方，需要完成的事情是等待你去关闭连接。(被动方)

LAST_ACK:：它是被动关闭一方在发送FIN报文后，最后等待对方的ACK报 文。当收到ACK报文后，也即可以进入到CLOSED可用状态了。(被动方)

TIME_WAIT:：表示收到了对方的FIN报文，并发送出了ACK报文，就等2MSL后即可回到CLOSED可用状态了。

CLOSED：表示连接中断。

重传机制：

TCP协议要求在发送端每发送一个报文段，就启动一个定时器并等待确认信息；接收端成功接收新数据后返回确认信息。若在定时器超时前数据未能被确认，TCP就认为报文段中的数据已丢失或损坏，需要对报文段中的数据重新组织和重传。重传一定量次数以后如果依然失败，会结束连接。

2MSL等待状态（两个作用）

MSL：报文的最大存活时间

第一个作用：当TCP执行一个主动关闭，并发回最后一个ACK，该链接必须在TIME_WAIT状态停留的时间为2MSL。这样可让TCP有机会在此发送最后一个ACK以防这个ACK丢失

第二个作用：这是说在2MSL时间内，虽然可以重新启动服务器，但是这个服务器还是要平静等待MSL时间才能进行下一次连接，这样可以避免端口冲突

半开状态：

一方已经关闭或异常终止连接而另一方却不知道，如果这个时候连接发送数据，将会返回RST，这种状态可以通过保活措施来检测出来（keepalive）

半关状态：

TCP连接一端在结束它的发送后还能接收来自另一端数据的能力，即数据只能单向流动，程序调用的是shutdown，而不是close。

保活（keepalive）：

作用：探测连接的对端是否存活，避免因为只有一段连接存在而一段关闭的状态存在浪费资源，还可以避免中间设备因为连接长时间不用而删除连接，导致出错。

步骤：在连接的指定时间内无数据交换，则会进行保活探测，服务端发送保活报文，若对方正确返回报文则会重置保活定时器的时间，若没有接收到正确的回应，则会根据指定的间隔继续发送探测报文，知道发送到达指定次数后，就会断开连接。

长连接短连接：

短连接在数据包发送完成后就会自己断开。

长连接在发包完毕后，它们之间的连接并不会主动关闭，后续的读写操作会继续使用这个连接，长连接会通过keepalive来探测另一端的状态

长连接需要在http的头部设定 ：Connection: Keep-alive ， 短连接为 ：Connection: close

TCP的keepalive和HTTP的Keepalive不同，一个是检测机制，一个为标识是否为长连接。

参考文章：http://network.51cto.com/art/201411/456783.htm