1. TCP定义：
网络七层模型当中传输层的协议主要是TCP ，由IETF的RFC 793定义,TCP(Transimision Control Protocal)是一种可靠的、面向连接、基于字节流的通信协议，传输效率低。而传输层位于七层模型的中间,下面是网络层,上面的话有应用层,承上启下,地位还是很重要的。在传输层中还有一种协议udp(无连接、不保证可靠性)。相比较来说tcp有以下特点：
- 传输可靠，数据丢失有重传机制
- 数据分段打包传输，对每个数据编号，控制顺序
- 流量控制，避免拥塞，因为TCP链接双方有固定大小缓冲空间。TCP的接收端只允许另一端发送接收端缓冲区所能接纳的数据
- TCP提供全双工服务，即数据可在同一时间双向传播。
- TCP将若干个字节构成一个分组，此分组称为报文段(Segment)。提供了一种端到端的连接。
2. TCP数据包格式
- 源端口号（source port） 和目标端口号（destination port）都是16位，计算机通过端口号识别访问哪个服务,比如http服务或ftp服务，其中发送方端口号是是随机的，而目标端口号决定接受方由那个程序来接受并且因为是16位,所以说程序的最大端口号65535
- 32位序列号（sequence Number） TCP用序列号对数据包进行标记，以便在到达目的地后重新重装，假设当前的序列号为 s，发送数据长度为 l，则下次发送数据时的序列号为 s + l。在建立连接时通常由计算机生成一个随机数作为序列号的初始值
- 确认应答号（acknowledgement number） 它等于下一次应该接收到的数据的序列号。假设发送端的序列号为 s，发送数据的长度为 l，那么接收端返回的确认应答号也是 s + l。发送端接收到这个确认应答后，可以认为这个位置以前所有的数据都已被正常接收。
- 首部长度（header length）：TCP 首部的长度，单位为 4 字节。如果没有可选字段，那么这里的值就是 5。表示 TCP 首部的长度为 20 字节。
- 控制位 TCP的连接、传输和断开都受这六个控制位的指挥
- PSH(push急迫位) 缓存区将满，立刻传输速度，表示有 DATA数据传输
- RST(reset重置位) 连接断了重新连接
- URG(urgent紧急位) 紧急信号
- ACK(acknowledgement 确认)为1表示确认号
- SYN(synchronous建立联机，在建立TCP连接的时候使用) 同步序号位 TCP建立连接时要将这个值设为1
- FIN发送端完成位，表示没有数据需要发送了，提出断开连接的一方把FIN置为1表示要断开连接
- 窗口值 说明本地可接收数据段的数目，这个值的大小是可变的。当网络通畅时将这个窗口值变大加快传输速度，当网络不稳定时减少这个值可以保证网络数据的可靠传输。它是来在TCP传输中进行流量控制的
- 窗口大小（windows）：表示接收缓冲区的空闲空间，16位，用来告诉TCP链接另一端自己能够接收的最大数据长度，流量控制的机制就基于此。
- 效验和（checksum）: 用来做差错控制，TCP校验和的计算包括TCP首部、数据和其它填充字节。在发送TCP数据段时，由发送端计算校验和，当到达目的地时又进行一次检验和计算。如果两次校验 和一致说明数据是正确的，否则 将认为数据被破坏，接收端将丢弃该数据
- 紧急指针（urgent）：16位，尽在 URG(urgent紧急) 控制位为 1 时有效。表示紧急数据的末尾在 TCP 数据部分中的位置。通常在暂时中断通信时使用（比如输入 Ctrl + C）。
3. 三次握手
为了方便描述我们将主动发起请求的172.16.17.94:8080 主机称为客户端，将返回数据的主机172.16.17.94:8080称为服务器，以下也是。
- 第一次握手: 建立连接。客户端发送连接请求，发送SYN报文，将seq设置为0。然后，客户端进入SYN_SEND状态，等待服务器的确认。
- 第二次握手: 服务器收到客户端的SYN报文段。需要对这个SYN报文段进行确认，发送ACK报文，将ack设置为1。同时，自己还要发送SYN请求信息，将seq为0。服务器端将上述所有信息一并发送给客户端，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和SYN报文后，进行确认，然后将ack设置为1，seq设置为1，向服务器发送ACK报文段，这个报文段发送完毕以后，客户端和服务器端都进入ESTABLISHED状态，完成TCP三次握手。
序列号seq由双方随机生成，默认是0；ack = 对方序列号 + 1；seq = 对方的ack 。
三次握手是为了确认客户端和服务器的收发功能都是正常的。第一次确认：客户端能发；第二次确认：服务器能收能发；第三次确认：客户端能收。
4. 数据传输
- 客户端先向服务器发送数据，该数据报是长度为159的数据。
- 服务器收到报文后, 也向客户端发送了一个数据进行确认（ACK），并且返回客户端要请求的数据，数据的长度为111，将seq设置为1，ack设置为160（1 + 159）。
- 客户端收到服务器返回的数据后进行确认（ACK），将seq设置为160， ack设置为112（1 + 111）。
ack = 对方的序列号 + 发送的数据长度 ； seq = 对方的ack 。
5. 四次挥手
- 第一次挥手：客户端向服务器发送一个FIN报文段，将设置seq为160和ack为112，;此时，客户端进入 FIN_WAIT_1状态,这表示客户端没有数据要发送服务器了，请求关闭连接;
- 第二次挥手：服务器收到了客户端发送的FIN报文段，向客户端回一个ACK报文段，ack设置为1，seq设置为112;服务器进入了CLOSE_WAIT状态，客户端收到服务器返回的ACK报文后，进入FIN_WAIT_2状态;
- 第三次挥手：服务器会观察自己是否还有数据没有发送给客户端，如果有，先把数据发送给客户端，再发送FIN报文；如果没有，那么服务器直接发送FIN报文给客户端。请求关闭连接，同时服务器进入LAST_ACK状态;
- 第四次挥手：客户端收到服务器发送的FIN报文段，向服务器发送ACK报文段，将seq设置为161，将ack设置为113，然后客户端进入TIME_WAIT状态;服务器收到客户端的ACK报文段以后，就关闭连接;此时，客户端等待2MSL后依然没有收到回复，则证明Server端已正常关闭，客户端也可以关闭连接了。
注意：在握手和挥手时确认号应该是对方序列号加1,传输数据时则是对方序列号加上对方携带应用层数据的长度。
6. 问题
- 为什么需要三次握手? 确保双方收发都是正常的
- 为什么需要四次挥手? 双方数据发送完毕，都认为可以断开
- 为什么需要等待? A向B发的
FIN可能丢失 - 为什么握手是三次，但挥手却是四次? 当Server端收到FIN报文时，很可能并不会立即关闭SOCKET
wireshark抓包工具安装
wireshark下载地址https://www.wireshark.org/download.html
注意：本机访问本机的服务，wireshark是捕获不到的。
第一次用wireshark出现这个报错是因为wireshark没有装全，记得装wincap。
wireshark抓包开始
三次握手
172.18.254.177为客户 111.13.2.158为服务端
1、主动打开。发送SYN，协商window size 、TCP MSS seq=0 len=0 MSS=1460 win=65535最大窗口大小
客户端为syn_sent
服务端为syn_recv
2、接收到syn。回复syn ack seq=0 ack=1=0+1 确认自己的最大win=14480 MSS=1460
客户端为established
服务端为syn_recv
3、接到到syn 回复ack seq=1 ack=1=0+1 至此三次握手成功建立。
客户端为established
服务端为established
四次断开
1、主动关闭，发送fin。Seq=328
服务端状态为fin_wait1
客户端状态为closed_wait
2、客户端发送确认ack ack=329=328+1
服务端状态为fin_wait2
3、客户端发送fin seq=133
客户端状态为last_ack
服务端状态为time_wait
4、服务端发送ack ack=134=133+1
客户端状态closed
服务端状态closed
数据包ACK=segment len+seq = 下一个要接收的数据包的seq
图1
图2
图3
由图1 数据包情况可以看出 359 seq=1441 segment len=1440 所以下一个回包的ack=1441+1440=2881 从图2中可以确认ack确实为2881.
图2 数据包情况可以看出 360 seq=349 segment len=0 所以下一个回包的ack=349+0=349，从图3可以确认ack确实为349.
图1 359 的ack=349 则图2 350 的seq=349 ack=2881 推断图3 361的seq=2881 .
一条完整会话（session）指的是，相同的传输协议中两个不同IP之间的两个不同端口的互相通信，如果IP或端口变化刚属于不同的会话，其seq和ack也是相互独立的，没有任何关联。
win 65535：窗口大小是65535字节。窗口大小指的是对方在同一时间点内能够接收到的字节数，网络带宽越大窗口越大，能发送的数据就越大。网络带宽越小窗口越小，能发送的数据就越小。http协议是83字节。TCP segment len == http len。