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计算机网络（39）TCP的运输连接管理

article 2025/1/14 10:52:07

前言

TCP（传输控制协议）是一种面向连接的、可靠的传输协议，它在计算机网络中扮演着至关重要的角色。TCP的运输连接管理涉及连接建立、数据传送和连接释放三个阶段。

一、TCP的连接建立

TCP的连接建立采用三次握手机制，其过程如下：

SYN报文发送：客户端向服务器发送一个SYN（同步）报文段，并随机生成一个初始序列号seq=x，标志位SYN=1。这个报文段表示客户端希望建立连接。
SYN+ACK报文回复：服务器接收到SYN报文后，回复一个SYN+ACK报文段，确认号ack=x+1（表示收到了客户端的SYN报文），同时也生成一个随机序列号seq=y，标志位SYN=1，ACK=1。这个报文段表示服务器同意建立连接。
ACK确认报文：客户端收到服务器的SYN+ACK报文后，回复一个ACK确认报文段，确认号ack=y+1（表示收到了服务器的SYN报文），序列号seq=x+1（此时客户端的序列号需要加1，因为已经发送过一个SYN报文），标志位ACK=1。这个报文段表示客户端确认建立连接。

三次握手完成后，TCP连接就成功建立了。此时，双方都会创建一个传输控制块TCB，用于存储连接的相关信息，如TCP连接表、指向发送/接收缓存的指针、指向重传队列的指针等。

二、TCP的数据传送

TCP连接建立后，双方就可以开始传输数据了。TCP利用序列号、确认应答、重传、流量控制、拥塞控制等机制，实现可靠的数据传输。

序列号：发送方给每个传输的字节分配一个序列号seq，接收方根据序列号来确认数据的顺序和完整性。
确认应答：接收方收到数据后，会发送一个ACK确认报文段，确认号ack=seq+len（len表示接收到的数据长度），表示已经收到了序列号seq到seq+len-1的数据。
重传机制：如果发送方在一定时间内没有收到接收方的ACK确认报文段，就会认为数据丢失了，然后重新发送该数据段。
流量控制：通过接收方的窗口大小来控制发送方的发送速率，避免发送方发送过多数据导致接收方处理不过来。
拥塞控制：通过动态调整发送速率来避免网络拥塞，提高网络的传输效率。

三、TCP的连接释放

TCP的连接释放采用四次挥手机制，其过程如下：

FIN报文发送：主动关闭方（可以是客户端或服务器）发送一个FIN（结束）报文段，seq=m（m表示当前发送方的序列号），标志位FIN=1，表示数据发送完毕，请求关闭连接。
ACK确认报文：被动关闭方收到FIN报文后，回复一个ACK确认报文段，ack=m+1（表示收到了主动关闭方的FIN报文），此时主动关闭方到被动关闭方的单向连接就释放了，TCP连接进入半关闭状态。被动关闭方仍可以继续发送数据。
FIN报文再次发送：被动关闭方数据发送完毕后，也发送一个FIN报文段，seq=n（n表示此时被动关闭方的序列号），标志位FIN=1，表示数据也发送完毕，请求关闭连接。
ACK确认并等待：主动关闭方收到被动关闭方的FIN报文后，回复一个ACK确认报文段，ack=n+1（表示收到了被动关闭方的FIN报文）。然后主动关闭方等待2MSL（最大报文段生存时间）时间，确保所有迟到的数据包都已经消失，最后再完全关闭TCP连接。被动关闭方收到ACK确认报文后，就直接关闭连接。

四次挥手完成后，TCP连接就完全释放了。此时，双方都会删除之前创建的传输控制块TCB。