TCP协议实现原理
TCP/IP协议不是TCP和IP这两个协议的合称，而是指因特网整个TCP/IP协议族。
从协议分层模型方面来讲，TCP/IP由四个层次组成：网络接口层、网络层、传输层、应用层。
TCP协议：即传输控制协议，它提供的是一种可靠的数据流服务。当传送受差错干扰的数据，或举出网络故障，或网络负荷太重而使网际基本传输系统不能正常工作时，就需要通过其他的协议来保证通信的可靠。TCP就是这样的协议。TCP采用“带重传的肯定确认”技术来实现传输的可靠性。并使用“滑动窗口”的流量控制机制来高网络的吞吐量。TCP通信建立实现了一种“虚电路”的概念。双方通信之前，先建立一条链接然后双方就可以在其上发送数据流。这种数据交换方式能提高效率，但事先建立连接和事后拆除连接需要开销。
传输控制协议(Transport Control Protocol)是一种面向连接的，可靠的传输层协议。面向连接是指一次正常的TCP传输需要通过在TCP客户端和TCP服务端建立特定的虚电路连接来完成，该过程通常被称为“三次握手”。可靠性可以通过很多种方法来提供保证，在这里我们关心的是数据序列和确认。TCP通过数据分段(Segment)中的序列号保证所有传输的数据可以在远端按照正常的次序进行重组，而且通过确认保证数据传输的完整性。要通过TCP传输数据，必须在两端主机之间建立连接。
TCP协议是端到端的传输控制协议，之所以是“端到端”的协议，是因为”路由“是由IP协议负责的，TCP协议负责为两个通信端点提供可靠性保证，这个可靠性不是指一个端点发送的数据，另一个端点肯定能收到（这显然是不可能的），而是指，数据的可靠投递或者故障的可靠通知。
本文主要讲述的是
1、TCP三次握手原理，以及为什么要三次握手，两次握手带来的不利后果。
2、TCP四次挥手原理，为什么要四次挥手。
TCP的可靠性通过以下方式来保证：
1.超时重传:TCP每发送出一个报文段后，都会启动一个定时器，对目的端传回的确认信息进行确认计时，超时后便重传。
2.确认信号:当TCP收到一个来自TCP的报文段后，便会发送回一个确认信号。
3.检验和：TCP将始终保持首部和数据的检验和，如果收到的报文段的检验和有差错，便将其丢弃，希望发送端超时重传。
4.重新排序：由于IP数据报的达到可能失序，因此TCP将会数据进行重新排序，以正确的顺序交给应用层。
5.丢弃重复:由于IP数据报有可能重复，因此TCP将会丢弃重复的数据。
6.流量控制:TCP连接的两端都有固定大小的缓冲区空间，TCP接受端只允许对端发送本端缓冲区能容纳的数据。
TCP三次握手原理：
首先，给张图片，建立TCP三次握手的直观印象。
每次握手（发送数据请求或应答）时，发送的数据为TCP报文，TCP段包含了源/目的地址，端口号，初始序号，滑动窗口大小，窗口扩大因子，最大报文段长度等。还有一些标志位：
（1）SYN(Synchronize Sequence Numbers)：同步序号
（2）ACK(Acknowledgement Number)：应答回复
（3）RST：复位连接，消除旧有的同步序号
（4）PSH：尽可能的将数据送往接收进程
（5）FIN：发送方完成数据发送
（6）URG
·SYN：同步标志
同步序列编号(Synchronize Sequence Numbers)栏有效。该标志仅在三次握手建立TCP连接时有效。它提示TCP连接的服务端检查序列编号，该序列编号为TCP连接初始端(一般是客户端)的初始序列编号。在这里，可以把TCP序列编号看作是一个范围从0到4，294，967，295的32位计数器。通过TCP连接交换的数据中每一个字节都经过序列编号。在TCP报头中的序列编号栏包括了TCP分段中第一个字节的序列编号。
·ACK：确认标志
确认编号(Acknowledgement Number)栏有效。大多数情况下该标志位是置位的。TCP报头内的确认编号栏内包含的确认编号(w+1，Figure-1)为下一个预期的序列编号，同时提示远端系统已经成功接收所有数据。
·RST：复位标志
复位标志有效。用于复位相应的TCP连接。
·URG：紧急标志
紧急(The urgent pointer)标志有效。紧急标志置位，
·PSH：推标志
该标志置位时，接收端不将该数据进行队列处理，而是尽可能快将数据转由应用处理。在处理telnet或rlogin等交互模式的连接时，该标志总是置位的。
·FIN：结束标志
带有该标志置位的数据包用来结束一个TCP回话，但对应端口仍处于开放状态，准备接收后续数据。
从图中，可以看出三次握手的基本步骤是：
第一次握手：客户端向服务器端发送连接请求包SYN（syn=j），等待服务器回应；
第二次握手：服务器端收到客户端连接请求包SYN（syn=j）后，将客户端的请求包SYN（syn=j）放入到自己的未连接队列，此时服务器需要发送两个包给客户端；
（1）向客户端发送确认自己收到其连接请求的确认包ACK（ack=j+1），向客户端表明已知道了其连接请求
（2）向客户端发送连接询问请求包SYN（syn=k），询问客户端是否已经准备好建立连接，进行数据通信；
即在第二次握手时服务器向客户端发送ACK（ack=j+1）和SYN（syn=k）包，此时服务器进入SYN_RECV状态。
第三次握手：客户端收到服务器的ACK（ack=j+1）和SYN（syn=k）包后，知道了服务器同意建立连接，此时需要发送连接已建立的消息给服务器；
向服务器发送连接建立的确认包ACK（ack=k+1），回应服务器的SYN（syn=k）告诉服务器，我们之间已经建立了连接，可以进行数据通信。
ACK（ack=k+1）包发送完毕，服务器收到后，此时服务器与客户端进入ESTABLISHED状态，开始进行数据传送。
为什么不能只两次握手？
有了三次握手的详细步骤，就可以分析为什么需要三次握手而不是两次握手了。
三次握手的目的：消除旧有连接请求的SYN消息对新连接的干扰，同步连接双方的序列号和确认号并交换TCP窗口大小信息。
设想：如果只有两次握手，那么第二次握手后服务器只向客户端发送ACK包，此时客户端与服务器端建立连接。在这种握手规则下：
假设：如果发送网络阻塞，由于TCP/IP协议定时重传机制，B向A发送了两次SYN请求，分别是x1和x2，且因为阻塞原因，导致x1连接请求和x2连接请求的TCP窗口大小和数据报文长度不一致，如果最终x1达到A，x2丢失，此时A同B建立了x1的连接，这个时候，因为AB已经连接，B无法知道是请求x1还是请求x2同B连接，如果B默认是最近的请求x2同A建立了连接，此时B开始向A发送数据，数据报文长度为x2定义的长度，窗口大小为x2定义的大小，而A建立的连接是x1，其数据包长度大小为x1，TCP窗口大小为x1定义，这就会导致A处理数据时出错。
很显然，如果A接收到B的请求后，A向B发送SYN请求y3（y3的窗口大小和数据报长度等信息为x1所定义），确认了连接建立的窗口大小和数据报长度为x1所定义，A再次确认回答建立x1连接，然后开始相互传送数据，那么就不会导致数据处理出错了。
TCP释放连接需四次挥手
先看图，直观的了解下：
需四次挥手原因：由于TCP的半关闭特性，TCP连接时双全工（即数据在两个方向上能同时传递），因此，每个方向必须单独的进行关闭。这个原则就是：当一方完成它的数据发送任务后就能发送一个FIN来终止这个方向上的连接。当一端收到一个FIN后，它必须通知应用层另一端已经终止了那个方向的数据传送。即收到一个FIN意味着在这一方向上没有数据流动了。
目的：保证服务器与客户端都能完全的接受对方发送的数据。
假设客户机A向服务器B请求释放TCP连接，则：
第一次挥手：主机A向主机B发送FIN包；A告诉B，我（A）发送给你（B）的数据大小是N，我发送完毕，请求断开A->B的连接。
第二次挥手：主机B收到了A发送的FIN包，并向主机A发送ACK包；B回答A，是的，我总共收到了你发给我N大小的数据，A->B的连接关闭。
第三次挥手：主机B向主机A发送FIN包；B告诉A，我（B）发送给你（A）的数据大小是M，我发送完毕，请求断开B->A的连接。
第四次挥手：主机A收到了B发送的FIN包，并向主机B发送ACK包；A回答B，是的，我收到了你发送给我的M大小的数据，B->A的连接关闭。
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