• TCP是面向连接的协议，它基于运输连接来传送TCP报文段。
  • TCP运输连接的建立和释放是每一次面向连接的通信中必不可少的过程。
  • TCP运输连接有以下三个阶段：
    • 建立TCP连接
    • 数据传送
    • 释放连接

  • TCP的运输连接管理就是使运输连接的建立和释放都能正常地进行。

    TCP连接的建立

  • TCP连接的建立要解决以下三个问题：

    • 使TCP双方能够确知对方的存在；
    • 使TCp双方能够协商一些参数（窗口最大值，是否使用窗口扩大选项和时间戳选项以及服务质量等）
    • 使TCP双方能够对运输实体资源（如缓存大小、连接表中的项目等）进行分配。
  • TCP使用”三报文握手”建立连接

两台要基于TCP进行通信的主机，其中一台中的某个应用进程主动发起TCP连接建立，称为TCP客户。另一台主机中被动等待TCP连接建立的应用进程，称为TCP服务器。我们可以将TCP建立连接的过程比喻为“握手”。握手需要在TCP客户和服务器之间交换三个TCP报文段。

  • 最初两端TCP进程都处于关闭状态。
  • TCP服务器进程首先创建传输控制块，用来存储TCP连接中的一些重要信息：

image.png
之后就准备接收TCP客户进程的连接请求，此时TCP服务器进程就进入监听状态。

  • TCP服务器进程是被动等待来自TCP客户进程的连接请求而不是主动发起，因此称为被动打开连接
  • TCP客户进程也是首先创建传输控制块：

image.png

  • 然后，在建立TCP连接时，向TCp服务器进程发送TCP连接请求报文段，并进入同步已发送状态：
  • TCP连接请求报文段首部中的同步位SYN被设置为1，表明这是一个TCP连接请求报文段，序号字段seq被设置了一个初始值x，作为TCP客户进程所选择的初始序号。TCP规定SYN被设置为1的报文段不能携带数据。但要消耗掉一个序号。
  • 因为TCP连接建立是由TCP客户主动发起的，因此称为主动打开连接。
  • TCP服务器进程收到TCP连接请求报文段后，如果同意建立连接，则向TCP客户进程发送TCP连接请求确认报文段，并进入同步已接收状态，该报文段首部中的同步位SYN和确认位ACK都设置为1，表明这是一个TCP连接请求确认报文，序号字段被设置了一个初始值y，作为TCP服务器进程所选择的初始序号。确认号字段ack的值被设置成了x+1，这是对TCP客户进程所选择的初始序号的确认。注意：这个报文段，也不能携带任何数据，但同样要消耗掉一个序号。
  • TCP客户进程收到TCP连接请求确认报文段后，还要向TCP服务器进程发送一个普通的TCP确认报文段，并进入连接已建立状态，该报文首部中的确认位ACK被设置为1，表明这是一个普通的TCP确认报文段，序号字段被设置为x+1，这是因为TCP客户进程发送的第一个TCP报文段的序号为x。普通的确认报文段可以携带数据如果不携带数据，则不消耗序号，确认号字段ack被设置为y+1，这是对TCP服务器进程所选择的初始序号的确认，TCP服务器进程收到该确认报文段后也进入连接已建立状态。
  • 双方都进入了连接已建立状态。他们可以基于已建立好的TCP连接，进行可靠的数据传输了。

image.png

  • TCP客户进程发送的普通TCP确认报文是否多余，能不能两报文握手？

不多余。这是为了防止已失效的连接请求报文段突然又传送到了TCP服务器，因而导致错误。

假如采用两次握手：
TCP客户进程给TCP服务器发送连接请求，结果这个请求报文滞留在了网路中，TCP客户进程重发了一下TCP连接请求，TCP服务器进程收到后，发回TCP连接请求的确认，并进入连接已建立状态，TCP客户进程收到确认后，也进入连接已建立状态，然后双方开始数据传输，最后释放连接。
结果这时候当初滞留在网络中的失效的连接请求发到了TCP服务器进程上，TCP服务器进程又发了确认，然后直接进入连接已建立状态。但是这时候TCP客户进程是不会理睬的，TCP服务器进程会一直等待，浪费资源。
image.png

TCP连接的释放

  • TCP通过”四报文挥手”来释放连接
    • TCP客户进程与TCP服务器进程都处于连接已建立状态。
    • TCP客户进程的应用进程通知其主动关闭TCP连接
    • TCP客户进程会发送TCP连接释放报文段，并进入终止等待1状态。该报文首部中的终止位FIN和确认位ACK的值都被设置为1，表明这是一个TCP连接释放报文段，同时也对之前收到的报文段进行确认。同时序号seq字段的值设置位u，等于TCP客户进程之前已传送过的、数据的最后一个字节的序号加1.TCP规定，终止位FIN等于1的报文段即使不携带数据，也要消耗一个序号。确认号ack字段的值设为v，等于TCP客户进程之前已收到的、数据的最后一个字节的序号加1.
    • TCP服务进程收到TCP连接释放报文后，会发送TCP普通确认报文，确认位ACK的值位1，表明这是一个普通的TCP确认报文段，seq的值为v，等于TCP服务器进程之前已传送过的数据的最后一个序号加1，ack字段的值为u+1，这是对TCP连接释放报文段的确认。这时TCP服务器进程应通知高层应用进程：TCP客户进程要断开与自己的TCP连接。
    • 此时从TCP客户进程到TCP服务器进程这个方向的连接就释放了，这时TCP连接属于半关闭状态：也就是TCP客户进程已经没有数据要发送了，但是TCP服务器进程如果还有数据要发送，TCP客户进程仍要接收。
    • TCP客户进程收到TCP确认报文段后，就进入终止等待2状态。等待TCP服务器进程发出的TCP连接释放报文段。若使用TCP服务器进程的应用进程已经没有数据要发送了，应用进程就通知其服务器进程释放连接。由于TCP连接释放是由TCP客户进程主动发起的，因此TCP服务器进程对TCP连接的释放称为被动关闭连接。
    • TCP服务器进程发送TCP连接释放报文段并进入最后确认状态。该报文段首部中的终止位FIN和确认位ACK的值都被设置为1，表明这时一个TCP连接释放报文段，同时也对之前收到的报文段进行确认，假定seq的值为w，这时因为在半关闭的状态下，TCP服务器进程可能又发送了一些数据。确认号ack字段的值为u+1，这时对之前TCP连接释放报文段的重复确认。
    • TCP客户进程收到TCP连接释放报文后，必须针对该报文段发送普通TCP确认报文段，之后进入时间等待状态。该确认报文段首部中的确认位ACK的值被设置为1，表明这时一个普通的TCP确认报文段，序号seq字段的值设置为u+1，这是因为TCP客户进程之前发送的TCP连接释放报文段虽然不携带数据，但要消耗掉一个序号。确认号ack的值设置为w+1。
    • TCP服务器进程收到该报文段后就进入关闭状态。而TCP客户进程还要经过2MSL后才能进入关闭状态。
    • MSL意思是最长报文段寿命，RFC793建议为2分钟。可以使用更小的MSL值
    • TCP客户进程发送完最后一个确认报文段后，为什么不直接进入关闭状态，而是要进入时间等待状态，是否有必要：

看这样一种情况：

  1.   - TCP客户进程收到TCP服务器进程发送的TCO连接释放报文后，发送完TCP普通确认报文就直接进入关闭状态。
  2.   - 这个TCP普通确认报文丢失了，这就会造成TCP服务器进程对之前发送的TCP连接释放报文的超时重传，并仍处于最后确认状态。
  3.   - 重传的TCP连接释放报文段到达TCP客户进程，由于TCP客户进程处于关闭状态，因此不理睬该报文段，所以TCP服务器进程反复重传TCP连接释放报文段。并一直处于最后确认状态。
  4.   - 2MSL可确保TCP服务器进程收到最后一个TCP确认报文段而进入关闭状态。

image.png

保活计时器

TCP双方建立连接后，客户进程一方出现故障，这时TCP服务器进程就不能再收到TCP客户进程发来的数据。因此应有措施使TCP服务器进程不要再白白等待下去。

  • TCP服务器进程每收到一次TCP客户进程的数据，就重新设置并启动保活计时器（2小时定时）。
  • 若保活计时器定时周期内未收到TCP客户进程发来的数据，则当保活计时器到时后，TCP服务器进程就像TCP客户进程发送一个探测报文段，以后每个75秒钟发送一次。若一连发送10个探测报文后仍无TCP客户进程的响应，TCP服务器进程就认为TCP客户进程所在主机出了故障，接着就关闭这个连接。