君埋泉下泥销骨
我寄人间雪满头
又要捡起计算机网络了，其实原来我在github上就有个仓库，整理了这些基础知识。但是最近可能会有面试，准备象征性地复习一下。不知道为什么会有点开心，可能是修福报修久了，偶尔学习一下就会很开心。
进入正题！
TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的通信协议，数据在传输前要建立连接，传输完毕后还要断开连接。
客户端在收发数据前要使用 connect() 函数和服务器建立连接。建立连接的目的是保证IP地址、端口、物理链路等正确无误，为数据的传输开辟通道。
TCP建立连接时要传输三个数据包，俗称三次握手（Three-way Handshaking）。可以形象的比喻为下面的对话：
- 套接字A：“你好，套接字B，我这里有数据要传送给你，建立连接吧。”
- 套接字B：“好的，我这边已准备就绪。”
- 套接字A：“谢谢你受理我的请求。”
TCP数据报结构
我们先来看一下TCP数据报的结构：
重点讲一下下面几个关键词：
- 数据序号：Seq序号占32位，用来标识从主机A到主机B的数据包的序号，发送数据时要进行标记
- 确认序号：Ack确认号，也是32位，客户端和服务端都可以发送，一般性地，Ack = Seq + 1
- 标志位：每个标志位占用1Bit，6个标志位分别为 URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN，具体含义如下：
- URG：紧急指针（urgent pointer）有效；
- ACK：确认序号有效；
- PSH：接收方应该尽快将这个报文交给应用层；
- RST：重置连接；
- SYN：建立一个新连接；
- FIN：断开一个连接。
对英文字母缩写的总结：Seq 是 Sequence 的缩写，表示序列；Ack(ACK) 是 Acknowledge 的缩写，表示确认；SYN 是 Synchronous 的缩写，愿意是“同步的”，这里表示建立同步连接；FIN 是 Finish 的缩写，表示完成。
多嘴两句，上面的数据序号以及确认序号和下面的标志位是对应的，比如现在发的是一个回复的ACK包，那么确认序号有对应的值以及下面的标志位ACK也要为1。
从数据报头可以看出来，在不包含报文的情况下，一个TCP数据包至少也是20字节。
连接的建立
客户端使用connect()函数申请建立连接时，会经过三次交互：
-
当客户端调用 connect() 函数后，TCP协议会组建一个数据包，并设置 SYN 标志位，表示该数据包是用来建立同步连接的。同时生成一个随机数字 1000，填充“序号（Seq）”字段，表示该数据包的序号。完成这些工作，开始向服务器端发送数据包，客户端就进入了
SYN-SEND状态； -
服务端收到数据包后，会检查标志位，发现标志位中SYN置为1，就会直到这是客户端发送过来请求连接的，服务端也会创建一个数据包，并填充SYN和ACK标志位，TCP头部中序号仍旧是随机值，确认号则是之前接收到序号+1，然后回复客户端，然后服务端进入了
SYN-SEND状态；； -
客户端收到数据包，发现标志位中ACK和SYN被置为1，就会检查ACK的确认号，确认服务端回复的确实是自己之前发出去的包；然后也会发最后的确认包，ACK标志位置为1，确认号为之前收到的SYN序号+1，客户端发出以后，就会进入
ESTABLISHED状态，表示客户端这边算连接成功；服务端收到确认包后，也会进入ESTABLISHED状态，表示服务端也算连接成功。
两端连接都成功后，后面就会开始收发数据。
为什么是三次握手？
个人理解，TCP是全双工的基于连接的可靠协议，可靠其实就是表示通信的通道是畅通的，就是客户端服务端双方都要确认自己的发送和接收通道是畅通的，所以都需要对方给个接收到信息后的确认信号，于是双方都需要测试发送-接收的过程，这样本来是需要四次，但服务端可以把申请连接和回复对方的确认放一起发出去，就成了3次。不知道在哪看到过一个评论是这样的，为了保证通信的可靠性，3次交互是理论上的最小值，也就是说这个其实不是TCP本身的要求，而是为了满足在“网络信道”这种不可靠传输方式上建立可靠传输所必须的交互。
试问，如果两次握手，会出现什么情况呢？
我这里想到两个可能的问题：
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首先，就是无法确认全双工信道的可靠性。举个例子，如果缺少第三次确认，也就是服务端发送完第二个包后直接表示建立连接，而这个时候如果网络差错，导致这个包其实并没有发送到客户端，即客户端认为连接未建立，但服务端认为这个连接已经建立了，服务端就会持续阻塞住，浪费资源。
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第二个就是对于失效的客户端连接，服务端也会直接建立连接，谢希仁的计算机网络上有讲，“三次握手”的目的是“为了防止已失效的连接请求报文段突然又传送到了服务端，因而产生错误”，这里的错误其实指的就是服务端会建立一个或多个多余的连接。
其实本质上这两个问题就是``同一类问题，即不可靠传输导致的被动方无法确认的问题。
