HTTP協(xié)議系列四之HTTP連接（TCP連接）
前段時間在撰文寫HTTP協(xié)議的時候，談到了HTTP連接（也講到了HTTP連接其實(shí)本質(zhì)上就是TCP連接），有熱心的讀者提出了TCP協(xié)議相關(guān)知識的疑問，昨天其實(shí)已經(jīng)做了一些TCP協(xié)議的溝通，今天我想繼續(xù)更加深入一點(diǎn)點(diǎn)的談一談TCP協(xié)議的一些知識，希望讀者可以基于閱讀之前該系列文章的基礎(chǔ)之上再看本章會更加容易理解。
一. TCP/IP協(xié)議族
TCP/IP是一個協(xié)議族，通常分不同層次進(jìn)行開發(fā)，每個層次負(fù)責(zé)不同的通信功能。包含以下四個層次：
1. 鏈路層，也稱作數(shù)據(jù)鏈路層或者網(wǎng)絡(luò)接口層，通常包括操作系統(tǒng)中的設(shè)備驅(qū)動程序和計(jì)算機(jī)中對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)接口卡。它們一起處理與電纜（或其他任何傳輸媒介）的物理接口細(xì)節(jié)。
2. 網(wǎng)絡(luò)層，也稱作互聯(lián)網(wǎng)層，處理分組在網(wǎng)絡(luò)中的活動，例如分組的選路。網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議包括IP協(xié)議（網(wǎng)際協(xié)議）、ICMP協(xié)議（Internet互聯(lián)網(wǎng)控制報文協(xié)議），以及IGMP協(xié)議（Internet組管理協(xié)議）。
3. 運(yùn)輸層主要為兩臺主機(jī)上的應(yīng)用程序提供端到端的通信。在TCP/IP協(xié)議族中，有兩個互不相同的傳輸協(xié)議：TCP（傳輸控制協(xié)議）和UDP（用戶數(shù)據(jù)報協(xié) 議）。TCP為兩臺主機(jī)提供高可靠性的數(shù)據(jù)通信。他所作的工作包括把應(yīng)用程序交給它的數(shù)據(jù)分成合適的小塊交給下面的網(wǎng)絡(luò)層，確認(rèn)接收到的分組，設(shè)置發(fā)送最 后確認(rèn)分組的超時時鐘等。由于運(yùn)輸層提供了高可靠性的端到端通信，因此應(yīng)用層可以忽略所有這些細(xì)節(jié)。而另一方面，UDP則為應(yīng)用層提供一種非常簡單的服 務(wù)。它只是把稱作數(shù)據(jù)報的分組從一臺主機(jī)發(fā)送到另一臺主機(jī)，但并不保證該數(shù)據(jù)報能到達(dá)另一端。任何必須的可靠性必須由應(yīng)用層來提供。
4. 應(yīng)用層負(fù)責(zé)處理特定的應(yīng)用程序細(xì)節(jié)。包括Telnet（遠(yuǎn)程登錄）、FTP（文件傳輸協(xié)議）、SMTP（簡單郵件傳送協(xié)議）以及SNMP（簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議）等。
wireshark抓到的包與對應(yīng)的協(xié)議層如下圖所示：
1. Frame: 物理層的數(shù)據(jù)幀概況
2. Ethernet II: 數(shù)據(jù)鏈路層以太網(wǎng)幀頭部信息
3. Internet Protocol Version 4: 互聯(lián)網(wǎng)層IP包頭部信息
4. Transmission Control Protocol: 傳輸層的數(shù)據(jù)段頭部信息，此處是TCP
5. Hypertext Transfer Protocol: 應(yīng)用層的信息，此處是HTTP協(xié)議
二. TCP協(xié)議
TCP是一種面向連接（連接導(dǎo)向）的、可靠的基于字節(jié)流的傳輸層通信協(xié)議。TCP將用戶數(shù)據(jù)打包成報文段，它發(fā)送后啟動一個定時器，另一端收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行確認(rèn)、對失序的數(shù)據(jù)重新排序、丟棄重復(fù)數(shù)據(jù)。
TCP的特點(diǎn)有：
1. TCP是面向連接的運(yùn)輸層協(xié)議
2. 每一條TCP連接只能有兩個端點(diǎn)，每一條TCP連接只能是點(diǎn)對點(diǎn)的
3. TCP提供可靠交付的服務(wù)
4. TCP提供全雙工通信。數(shù)據(jù)在兩個方向上獨(dú)立的進(jìn)行傳輸。因此，連接的每一端必須保持每個方向上的傳輸數(shù)據(jù)序號。
5. 面向字節(jié)流。面向字節(jié)流的含義：雖然應(yīng)用程序和TCP交互是一次一個數(shù)據(jù)塊，但TCP把應(yīng)用程序交下來的數(shù)據(jù)僅僅是一連串的無結(jié)構(gòu)的字節(jié)流
TCP報文首部，如下圖所示：
1. 源端口號：數(shù)據(jù)發(fā)起者的端口號，16bit
2. 目的端口號：數(shù)據(jù)接收者的端口號，16bit
3. 序號：32bit的序列號，由發(fā)送方使用
4. 確認(rèn)序號：32bit的確認(rèn)號，是接收數(shù)據(jù)方期望收到發(fā)送方的下一個報文段的序號，因此確認(rèn)序號應(yīng)當(dāng)是上次已成功收到數(shù)據(jù)字節(jié)序號加1。
5. 首部長度：首部中32bit字的數(shù)目，可表示15*32bit=60字節(jié)的首部。一般首部長度為20字節(jié)。
6. 保留：6bit, 均為0
7. 緊急URG：當(dāng)URG=1時，表示報文段中有緊急數(shù)據(jù)，應(yīng)盡快傳送。
8. 確認(rèn)比特ACK：ACK = 1時代表這是一個確認(rèn)的TCP包，取值0則不是確認(rèn)包。
9. 推送比特PSH：當(dāng)發(fā)送端PSH=1時，接收端盡快的交付給應(yīng)用進(jìn)程。
10. 復(fù)位比特（RST）：當(dāng)RST=1時，表明TCP連接中出現(xiàn)嚴(yán)重差錯，必須釋放連接，再重新建立連接。
11. 同步比特SYN：在建立連接是用來同步序號。SYN=1， ACK=0表示一個連接請求報文段。SYN=1，ACK=1表示同意建立連接。
12. 終止比特FIN：FIN=1時，表明此報文段的發(fā)送端的數(shù)據(jù)已經(jīng)發(fā)送完畢，并要求釋放傳輸連接。
13. 窗口：用來控制對方發(fā)送的數(shù)據(jù)量，通知發(fā)放已確定的發(fā)送窗口上限。
14. 檢驗(yàn)和：該字段檢驗(yàn)的范圍包括首部和數(shù)據(jù)這兩部分。由發(fā)端計(jì)算和存儲，并由收端進(jìn)行驗(yàn)證。
15. 緊急指針：緊急指針在URG=1時才有效，它指出本報文段中的緊急數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)。
16. 選項(xiàng)：長度可變，最長可達(dá)40字節(jié)
wireshark捕獲到的TCP包中的每個字段如下圖所示：
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