?? tcp協議規范.htm
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<HTML><HEAD><TITLE>TCP協議規范</TITLE>
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<BODY>
<TABLE width="100%" border=0>
<TBODY>
<TR>
<TD width="100%"><FONT face=宋體 size=3>
<P align=justify><STRONG>傳輸控制協議（Transmission Control Protocol,
TCP）</STRONG></P>
<P
align=justify>TCP協議主為了在主機間實現高可靠性的包交換傳輸協議。本文將描述協議標準和實現的一些方法。因為計算機網絡在現代社會中已經是不可缺少的了，TCP協議主要在網絡不可靠的時候完成通信，對軍方可能特別有用，但是對于政府和商用部門也適用。TCP是面向連接的端到端的可靠協議。它支持多種網絡應用程序。TCP對下層服務沒有多少要求，它假定下層只能提供不可靠的數據報服務，它可以在多種硬件構成的網絡上運行。下面的圖是TCP在層次式結構中的位置，它的下層是IP協議，TCP可以根據IP協議提供的服務傳送大小不定的數據，IP協議負責對數據進行分段，重組，在多種網絡中傳送。</P>
<P align=center><IMG height=198 alt=網絡層次
src="TCP協議規范.files/TCPDetail-1.gif" width=186></P>
<P
align=justify>TCP的上面就是應用程序，下面是IP協議，上層接口包括一系列類似于操作系統中斷的調用。對于上層應用程序來說，TCP應該能夠異步傳送數據。下層接口我們假定為IP協議接口。為了在并不可靠的網絡上實現面向連接的可靠的傳送數據，TCP必須解決可靠性，流量控制的問題，必須能夠為上層應用程序提供多個接口，同時為多個應用程序提供數據，同時TCP必須解決連接問題，這樣TCP才能稱得上是面向連接的，最后，TCP也必須能夠解決通信安全性的問題。</P>
<P
align=justify>網絡環境包括由網關（或其它設備）連接的網絡，網絡可以是局域網也可以是一些城域網或廣域網，但無論它們是什么，它們必須是基于包交換的。主機上不同的協議有不同的端口號，一對進程通過這個端口號進行通信。這個通信不包括計算機內的I/O操作，只包括在網絡上進行的操作。網絡上的計算機被看作包傳送的源和目的結點。特別應該注意的是：計算機中的不同進程可能同時進行通信，這時它們會用端口號進行區別，不會把發向A進程的數據由B進程接收的。</P>
<P
align=justify>進程為了傳送數據會調用TCP，將數據和相應的參數傳送給TCP，于是TCP會將數據傳送到目的TCP那里，當然這是通過將TCP包打包在IP包內在網絡上傳送達到的。接收方TCP在接收到數據后會通信上層應用程序，TCP會保證接收數據順序的正確性。雖然下層協議可能不會保證順序是正確的。這里需要說明的是網關在接收到這個包后，會將包解開，看看是不是已經到目的地了，如果沒有到，應該走什么路由達到目的地，在決定后，網關會根據下一個網絡內的協議情況再次將TCP包打包傳送，如果需要，還要把這個包再次分成幾段再傳送。這個落地檢查的過程是一個耗時的過程。從上面，我們可以看出TCP傳送的基本過程，當然具體過程可能要復雜得多。</P>
<P
align=justify>在實現TCP的主機上，TCP可以被看成是一個模塊，和文件系統區別不大，TCP也可以調用一些操作系統的功能，TCP不直接和網絡打交道，控制網絡的任務由專門的設備驅動模塊完成。TCP只是調用IP接口，IP向TCP提供所有TCP需要的服務。通過下圖我們可以更清楚地看到TCP協議的結構。</P>
<P align=center><IMG height=309 alt=網絡層次聯系
src="TCP協議規范.files/TCPDetail-2.gif" width=339></P>
<P
align=justify>上面已經說過了，TCP連接是可靠的，而且保證了傳送數據包的順序，保證順序是用一個序號來保證的。響應包內也包括一個序列號，表示接收方準備好這個序號的包。在TCP傳送一個數據包時，它同時把這個數據包放入重發隊列中，同時啟動記數器，如果收到了關于這個包的確認信息，將此包從隊列中刪除，如果計時超時則需要重新發送此包。請注意，從TCP返回的確認信息并不保證最終接收者接收到數據，這個責任由接收方負責。</P>
<P
align=justify>每個用于傳送TCP的通道都有一個端口標記，因為這個標記是由每個TCP終端確定的，因此TCP可能不唯一，為了保證這個數值的唯一，要使用網絡地址和端口號的組合達到唯一標識的目的，我們稱這個為了套接字（Socket），一個連接由連接兩端的套接字標識，本地的套接字可能和不同的外部套接字通信，這種通信是全雙工的。</P>
<P
align=justify>通過向本地端口發送OPEN命令及外部套接字參數建立連接，TCP返回一個標記這個連接的名稱，以后如果用戶需要使用這個名稱標記這個連接。為了保存這個連接的信息，我們假設有一個稱為傳輸控制塊（Transmission
Control
Block，TCB）的東西來保存。OPEN命令還指定這個連接的建立是主動請求還是被動等待請求。下面我們要涉及具體的功能了，TCP段以internet數據報的形式傳送。IP包頭傳送不同的信息域，包括源地址和目的地址。TCP頭跟在internet包頭后面，提供了一些專用于TCP協議的信息。下圖是TCP包頭格式圖：</P>
<P align=center><IMG height=382 alt=TCP包頭格式
src="TCP協議規范.files/TCPDetail-3.gif" width=474></P>
<P align=justify>源端口：16位；</P>
<P align=justify>目的端口：16位</P>
<P align=justify>序列碼：32位，當SYN出現，序列碼實際上是初始序列碼（ISN），而第一個數據字節是ISN+1； </P>
<P align=justify>確認碼：32位，如果設置了ACK控制位，這個值表示一個準備接收的包的序列碼；</P>
<P align=justify>數據偏移量：4位，指示何處數據開始；</P>
<P align=justify>保留：6位，這些位必須是0；</P>
<P align=justify>控制位：6位；</P>
<P align=justify>窗口：16位； </P>
<P align=justify>校驗位：16位；</P>
<P align=justify>優先指針：16位，指向后面是優先數據的字節；</P>
<P align=justify>選項：長度不定；但長度必須以字節記；選項的具體內容我們結合具體命令來看；</P>
<P align=justify>填充：不定長，填充的內容必須為0，它是為了保證包頭的結合和數據的開始處偏移量能夠被32整除；</P>
<P align=justify> </P>
<P
align=justify>我們前面已經說過有一個TCB的東西了，TCB里有存儲了包括發送方，接收方的套接字，用戶的發送和接收的緩沖區指針等變量。除了這些還有一些變量和發送接收序列號有關：</P>
<P align=justify>發送序列變量</P>
<P align=justify>SND.UNA - 發送未確認</P>
<P align=justify>SND.NXT - 發送下一個</P>
<P align=justify>SND.WND - 發送窗口</P>
<P align=justify>SND.UP - 發送優先指針</P>
<P align=justify>SND.WL1 - 用于最后窗口更新的段序列號</P>
<P align=justify>SND.WL2 - 用于最后窗口更新的段確認號</P>
<P align=justify>ISS - 初始發送序列號</P>
<P align=justify> </P>
<P align=justify>接收序列號</P>
<P align=justify>RCV.NXT - 接收下一個</P>
<P align=justify>RCV.WND - 接收下一個</P>
<P align=justify>RCV.UP - 接收優先指針</P>
<P align=justify>IRS - 初始接收序列號</P>
<P align=justify>下圖會幫助您了解發送序列變量間的關系：</P>
<DIV align=center>
<CENTER>
<TABLE cellSpacing=0 cellPadding=0 width=300 border=1>
<TBODY>
<TR>
<TD><IMG height=224 alt=發送序列空間 src="TCP協議規范.files/TCPDetail-4.gif"
width=402></TD>
<TD><IMG height=204 alt=接收序列空間 src="TCP協議規范.files/TCPDetail-5.gif"
width=353></TD></TR></TBODY></TABLE></CENTER></DIV>
<P align=justify>當前段變量</P>
<P align=justify>SEG.SEQ - 段序列號</P>
<P align=justify>SEG.ACK - 段確認標記</P>
<P align=justify>SEG.LEN - 段長</P>
<P align=justify>SEG.WND - 段窗口</P>
<P align=justify>SEG.UP - 段緊急指針</P>
<P align=justify>SEG.PRC - 段優先級</P>
<P
align=justify>連接進程是通過一系列狀態表示的，這些狀態有：LISTEN，SYN-SENT，SYN-RECEIVED，ESTABLISHED，FIN-WAIT-1，FIN-WAIT-2，CLOSE-WAIT，CLOSING，LAST-ACK，TIME-WAIT和
CLOSED。CLOSED表示沒有連接，各個狀態的意義如下：</P>
<P align=justify>LISTEN - 偵聽來自遠方TCP端口的連接請求；</P>
<P align=justify>SYN-SENT - 在發送連接請求后等待匹配的連接請求； </P>
<P align=justify>SYN-RECEIVED - 在收到和發送一個連接請求后等待對連接請求的確認； </P>
<P align=justify>ESTABLISHED - 代表一個打開的連接，數據可以傳送給用戶；</P>
<P align=justify>FIN-WAIT-1 - 等待遠程TCP的連接中斷請求，或先前的連接中斷請求的確認；</P>
<P align=justify>FIN-WAIT-2 - 從遠程TCP等待連接中斷請求；</P>
<P align=justify>CLOSE-WAIT - 等待從本地用戶發來的連接中斷請求；</P>
<P align=justify>CLOSING - 等待遠程TCP對連接中斷的確認；</P>
<P align=justify>LAST-ACK - 等待原來發向遠程TCP的連接中斷請求的確認；</P>
<P align=justify>TIME-WAIT - 等待足夠的時間以確保遠程TCP接收到連接中斷請求的確認； </P>
<P align=justify>CLOSED - 沒有任何連接狀態；</P>
<P
align=justify>TCP連接過程是狀態的轉換，促使發生狀態轉換的是用戶調用：OPEN，SEND，RECEIVE，CLOSE，ABORT和STATUS；傳送過來的數據段，特別那些包括以下標記的數據段SYN，ACK，RST和FIN；還有超時，上面所說的都會時TCP狀態發生變化。</P>
<P align=justify> </P>
<P align=justify>下面的圖表示了TCP狀態的轉換，但這圖中沒有包括錯誤的情況和錯誤處理，不要把這幅圖看成是總說明了。</P>
<P align=center><IMG height=826 alt=TCP連接狀態圖
src="TCP協議規范.files/TCPDetail-6.gif" width=517></P>
<P align=justify> </P>
<P align=justify>3.3. 序列號</P>
<P
align=justify>請注意，我們在TCP連接中發送的字節都有一個序列號。因為編了號，所以可以確認它們的收到。對序列號的確認是累積性的，也就是說，如果用戶收到對X的確認信息，這表示在X以前的數據（不包括X）都收到了。在每個段中字節是這樣安排的：第一個字節在包頭后面，按這個順序排列。我們需要認記實際的序列空間是有限的，雖然很大，但是還是有限的，它的范圍是0到2的32次方減1。我想熟悉編程的一定知道為什么要在計算兩個段是不是相繼的時候要使用2的32次方為模了。TCP必須進行的序列號比較操作種類包括以下幾種：</P>
<P align=justify>(a) 決定一些發送了的但未確認的序列號； </P>
<P align=justify>(b) 決定所有的序列號都已經收到了；</P>
<P align=justify>(c) 決定下一個段中應該包括的序列號。</P>
<P align=justify>對于發送的數據TCP要接收確認，處理確認時必須進行下面的比較操作：</P>
<P align=justify>SND.UNA = 最老的確認了的序列號；</P>
<P align=justify>SND.NXT = 下一個要發送的序列號；</P>
<P align=justify>SEG.ACK = 接收TCP的確認，接收TCP期待的下一個序列號； </P>
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