TCP資料報結構以及三次握手

tcp（transmission control protocol，傳輸控制協議）是一種面向連線的、可靠的、基於位元組流的通訊協議，資料在傳輸前要建立連線，傳輸完畢後還要斷開連線。

客戶端在收發資料前要使用 connect() 函式和伺服器建立連線。建立連線的目的是保證ip位址、埠、物理鏈路等正確無誤，為資料的傳輸開闢通道。

tcp建立連線時要傳輸三個資料報，俗稱三次握手.（three-way handshaking）。可以形象的比喻為下面的對話：

我們先來看一下tcp資料報的結構：

帶陰影的幾個字段需要重點說明一下：

1) 序號：seq（sequence number）序號佔32位，用來標識從計算機a傳送到計算機b的資料報的序號，計算機傳送資料時對此進行標記。

2) 確認號：ack（acknowledge number）確認號佔32位，客戶端和伺服器端都可以傳送，ack = seq + 1。

3) 標誌位：每個標誌位占用1bit，共有6個，分別為 urg、ack、psh、rst、syn、fin，具體含義如下：

對英文本母縮寫的總結：seq 是 sequence 的縮寫，表示序列；ack(ack) 是 acknowledge 的縮寫，表示確認；syn 是 synchronous 的縮寫，願意是「同步的」，這裡表示建立同步連線；fin 是 finish 的縮寫，表示完成。

使用 connect() 建立連線時，客戶端和伺服器端會相互傳送三個資料報，請看下圖：

客戶端呼叫 socket() 函式建立套接字後，因為沒有建立連線，所以套接字處於closed狀態；伺服器端呼叫 listen() 函式後，套接字進入listen狀態，開始監聽客戶端請求。

這個時候，客戶端開始發起請求：

1) 當客戶端呼叫 connect() 函式後，tcp協議會組建乙個資料報，並設定 syn 標誌位，表示該資料報是用來建立同步連線的。同時生成乙個隨機數字 1000，填充「序號（seq）」字段，表示該資料報的序號。完成這些工作，開始向伺服器端傳送資料報，客戶端就進入了syn-send狀態。

2) 伺服器端收到資料報，檢測到已經設定了 syn 標誌位，就知道這是客戶端發來的建立連線的「請求包」。伺服器端也會組建乙個資料報，並設定 syn 和 ack 標誌位，syn 表示該資料報用來建立連線，ack 用來確認收到了剛才客戶端傳送的資料報。

伺服器生成乙個隨機數 2000，填充「序號（seq）」字段。2000 和客戶端資料報沒有關係。

伺服器將客戶端資料報序號（1000）加1，得到1001，並用這個數字填充「確認號（ack）」字段。

伺服器將資料報發出，進入syn-recv狀態。

3) 客戶端收到資料報，檢測到已經設定了 syn 和 ack 標誌位，就知道這是伺服器發來的「確認包」。客戶端會檢測「確認號（ack）」字段，看它的值是否為 1000+1，如果是就說明連線建立成功。

接下來，客戶端會繼續組建資料報，並設定 ack 標誌位，表示客戶端正確接收了伺服器發來的「確認包」。同時，將剛才伺服器發來的資料報序號（2000）加1，得到 2001，並用這個數字來填充「確認號（ack）」字段。

客戶端將資料報發出，進入establised狀態，表示連線已經成功建立。

4) 伺服器端收到資料報，檢測到已經設定了 ack 標誌位，就知道這是客戶端發來的「確認包」。伺服器會檢測「確認號（ack）」字段，看它的值是否為 2000+1，如果是就說明連線建立成功，伺服器進入establised狀態。

至此，客戶端和伺服器都進入了establised狀態，連線建立成功，接下來就可以收發資料了。

三次握手的關鍵是要確認對方收到了自己的資料報，這個目標就是通過「確認號（ack）」字段實現的。計算機會記錄下自己傳送的資料報序號 seq，待收到對方的資料報後，檢測「確認號（ack）」字段，看ack = seq + 1是否成立，如果成立說明對方正確收到了自己的資料報。