TCP/IP之TCP的建立與終止

海鳥發表於2013-06-30

TCP協議簡介

tcp/ip協議族中傳輸層最重要的兩種協議是UDP和TCP協議，上一篇文章用很短的篇幅介紹完了UDP協議相關的內容，但相對於UDP而言的TCP協議，是種更復雜，應用更廣的協議。在接下來的幾篇文章中都會學習TCP協議相關的知識。這裡補充一點有用的小知識：之前分析網路包我都用的tcpdump命令，因為寫部落格時都在用ubuntu系統，所以linux下的tcpdump簡單強大，也不用安裝什麼。現在寫文章時換回了windows7系統，因為之前在ubuntu下寫一篇文章時瀏覽器總是莫名的把寫了半天的文章搞丟，所以換回windows寫文章。在windows下分析網路包用的wireshark，一個你不得不知道的專業分析網路包的工具。

首先還是介紹下TCP協議的rfc定義文件內容。RFC793 定義了TCP協議。

首先我們要清楚TCP在整個TCP/IP協議族中的位置。它基於IP協議之上，服務於更高層的應用層協議，如ftp,http,smtp等等。

TCP的頭部格式（Header Format）如下：

 0                   1                   2                   3
    0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |          Source Port          |       Destination Port        |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |                        Sequence Number                        |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |                    Acknowledgment Number                      |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |  Data |           |U|A|P|R|S|F|                               |
   | Offset| Reserved  |R|C|S|S|Y|I|            Window             |
   |       |           |G|K|H|T|N|N|                               |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |           Checksum            |         Urgent Pointer        |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |                    Options                    |    Padding    |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |                             data                              |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

（給大家介紹一個畫ascii圖的網址：http://www.asciiflow.com/#Draw）

Source Port: 源埠。我們知道ip報文中有源ip地址和目的ip地址，這兩個值加上tcp報文中的源埠（source port）和目的埠(destination port)，就確定了一個tcp連線。
Destination Port: 目的埠。如source port介紹一樣。一般對於一個ip地址和一個port埠號，我們也稱為一個socket。說起socket我們應該並不陌生，在應用開發時經常用到。socket就是對網路程式設計介面的封裝。
Sequence Number: 序列號。我們知道tcp是面向流的連線。tcp針對每個傳送的位元組，都會進行計數。序號是32bit的無符號數。值範圍是0~2³²-1，當達到最大值時會從又從0開始計數。
Acknowledgment Number: 確認序號。指期望下次接收到的序列號。
Data offset: TCP報文頭部長度。以32位（8byte）為單位。所以最大報議長長度是60位元組。如果沒有可選欄位的話，一般是20位元組。
Reserved: 保留欄位
U,A,P,R,S,F: 六個標誌位。URG：緊急指標 ACK:確認序號有效 PSH:接收方應該儘快將該報文交給應用層 RST:重新連線 SYN:同步序號發起一個連線 FIN:發端完成傳送任務
window: TCP流量的視窗大小。以位元組為單位。最大是2¹⁶ - 1 = 65535
Checksum：檢驗和，覆蓋了整個TCP的頭部和資料。同傳送端計算，接收端驗證。
Urgent Pointer: 緊急指標是一個正的偏移量，它和序號欄位相加表示緊急資料的最後一個位元組序號
options: 可選欄位。最常見的可選欄位如MSS（maximum segment size）。
Padding：填充欄位。因為頭部欄位必需是32位的整數倍。所以當可選欄位非32整數倍長度時，用0來填充。
data: tcp資料

TCP連線建立

TCP連線的建立，我想很多找工作的時候都喜歡問這個問題，比如說說TCP連線的三次握手(three way handshake)的過程。所以搞清楚tcp連線建立的過程至少對找工作還是挺有幫助的。

client端傳送一個syn初始化同步序列號，假設seq=0x9e0dd824, 我們這裡用16進表示。上圖中標示seq=0的表示方法是相對錶示法，這樣以後出現的seq序列號都是相對於syn時的初始序列號的數。
server端收到客戶端的syn報文後，同時也傳送一個[syn,ack]的報文。注意這裡的seq=0表示server端的初始化序列，也是一個相對值，它的真實值可能是seq=0x59bc0bd5。這時傳送的報文中設定了ack標識，並置確認序列號（acknowledge number）為ack=1,即為之前收到的[syn]中seq的初始化值加1，真實值為ack=0x9e0dd825
client傳送一個[ack]報文。seq=1,即為seq=0x9e0dd825, ack=1指對server端上次傳送的seq加1 ，即ack=0x59bc0bd6

現在經過這三步（三次握手）,已經建立起了一個tcp連線。這裡要強調的上圖中沒有所謂的哪邊是客戶端，哪邊是服務端，都只是相對而言的。