一、TCP概述

1、TCP的由來(lái)

傳輸控制協(xié)議（TCP，Transmission Control Protocol）是互聯(lián)網(wǎng)（Internet）上的第一個(gè)可靠的傳輸協(xié)議。我們知道，互聯(lián)網(wǎng)（Internet）最早源自于美國(guó)國(guó)防部（稱之為DARPA INTERNET）。在互聯(lián)網(wǎng)（Internet）民用后，互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組 （IETF）在其相關(guān)國(guó)防部標(biāo)準(zhǔn)的TCP等標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上編制了傳輸控制協(xié)議（TCP），即1980年1月發(fā)布的RFC 761。后在1981年9月進(jìn)行了第一次更新，被發(fā)布為RFC 793，并代替了RFC 761。RFC 793描述傳輸控制協(xié)議要執(zhí)行的功能、實(shí)現(xiàn)該協(xié)議的程序、以及它與需要其服務(wù)的程序或用戶之間的接口。

欲更多了解IETF及RFC文檔情況介紹的請(qǐng)進(jìn)入。

2、TCP簡(jiǎn)述

TCP協(xié)議是一個(gè)端對(duì)端、面向連接的協(xié)議，旨在支持多網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議分層層次結(jié)構(gòu)的應(yīng)用；其目的是在分組交換計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)中，特別是在這種網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)系統(tǒng)中，作為主機(jī)之間高度可靠的主機(jī)對(duì)主機(jī)協(xié)議使用。使得在“盡力而為”的互聯(lián)網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)傳輸，包括信令信息。

TCP符合一個(gè)分層的協(xié)議架構(gòu)，就在一個(gè)基本的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）之上，如下圖1-2所示。IP為TCP提供了一種方式來(lái)發(fā)送和接收包含在互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)報(bào)“信封”中的可變長(zhǎng)度的信息段。TCP提供了一種在不同網(wǎng)絡(luò)中因特網(wǎng)數(shù)據(jù)報(bào)的源和目標(biāo)的尋址方法。IP協(xié)議還處理通過(guò)多個(gè)網(wǎng)絡(luò)和互連網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)傳輸和交付所需的TCP段的任何碎片或重組。IP協(xié)議還攜帶有關(guān)TCP段的優(yōu)先級(jí)、安全分類和劃分的信息，因此這些信息可以跨多個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行端到端通信。

圖 1-2：互聯(lián)網(wǎng)的協(xié)議分層

然而，TCP該協(xié)議彌補(bǔ)了IP協(xié)議（RFC 760）的某些不足之處，這是因?yàn)椋?/span>

首先，IP只解決了不同網(wǎng)絡(luò)主機(jī)的通信問(wèn)題，但該協(xié)議不能檢測(cè)IP數(shù)據(jù)報(bào)的丟失。而TCP能夠保證在IP數(shù)據(jù)報(bào)丟失時(shí)進(jìn)行重發(fā)，能夠刪去重復(fù)收到的IP數(shù)據(jù)報(bào)，還能保證精確地按原發(fā)送端的發(fā)送順序重新組裝數(shù)據(jù)。

其次，IP只負(fù)責(zé)按目的IP地址傳送數(shù)據(jù)報(bào)，但不能區(qū)別屬于同一應(yīng)用報(bào)文的一組IP數(shù)據(jù)報(bào)以及所傳送的應(yīng)用報(bào)文的性質(zhì)。而TCP能區(qū)別屬于同一應(yīng)用報(bào)文的一組IP數(shù)據(jù)報(bào)，并能鑒別應(yīng)用報(bào)文的性質(zhì)。以使某些具有4層協(xié)議功能的高端路由器可以對(duì)IP數(shù)據(jù)報(bào)進(jìn)行流量、優(yōu)先級(jí)、安全管理、負(fù)荷分配、復(fù)用等智能控制。

二、TCP的相關(guān)功能

1、TCP保證傳輸可靠性的功能

TCP是面向連接的。所謂連接，是指在進(jìn)行通信之前，通信雙方必須建立連接才能進(jìn)行通信，而在通信結(jié)束后，終止其連接。還有一種無(wú)連接的，指雙方在進(jìn)行通信之前，不需要建立好連接。IP是面向無(wú)連接的協(xié)議，而TCP面向連接，故TCP的特點(diǎn)是具有高可靠性。

TCP面向連接主要體現(xiàn)在：發(fā)起連接的源主機(jī)內(nèi)有一個(gè)程序發(fā)出連接請(qǐng)求；在目的主機(jī)內(nèi)，有一個(gè)程序接受該連接請(qǐng)求，于是建立了源主機(jī)與目的主機(jī)的連接。建立連接后，兩臺(tái)主機(jī)即可互相發(fā)送數(shù)據(jù)。最后，有一方發(fā)出終止通信的請(qǐng)求，待對(duì)方確認(rèn)后，雙方結(jié)束通信。

當(dāng)目的主機(jī)接收到由源主機(jī)向目的主機(jī)發(fā)送的IP數(shù)據(jù)報(bào)后，目的主機(jī)需要向源主機(jī)回送一個(gè)確認(rèn)消息。這是依靠目的主機(jī)的TCP完成的。TCP中還有一個(gè)重傳記時(shí)器（RTO），當(dāng)源主機(jī)發(fā)送IP數(shù)據(jù)報(bào)時(shí)就開始記時(shí)，如在超時(shí)之前收到確認(rèn)信號(hào)，則記時(shí)器回零。如果記時(shí)器超時(shí)，則說(shuō)明該IP數(shù)據(jù)報(bào)已丟失，源主機(jī)進(jìn)行重傳。對(duì)重傳記時(shí)器，確定合適的記時(shí)時(shí)長(zhǎng)是十分重要的，它由往返時(shí)間來(lái)決定。TCP能根據(jù)不同情況自動(dòng)調(diào)節(jié)記時(shí)時(shí)長(zhǎng)。

需要說(shuō)明的是，TCP所建立的連接是端到端的連接，即源主機(jī)與目的主機(jī)間的連接Internet中的轉(zhuǎn)接節(jié)點(diǎn)（路由器）對(duì)TCP段透明傳輸。

TCP的主要功能是保證端到端可靠地傳輸數(shù)據(jù)信息，為保證端到端傳輸?shù)目煽啃裕?/span>TCP主要采取了如下表2-1所列的5項(xiàng)技術(shù)與措施。

表 2-1：TCP保證可靠性連接所具有的技術(shù)與措施

總之，IP不提供差錯(cuò)報(bào)告和差錯(cuò)糾正機(jī)制，而TCP向應(yīng)用層提供了面向連接的服務(wù)，確保了網(wǎng)絡(luò)上所傳送的數(shù)據(jù)報(bào)完整、正確、可靠的接收。一旦數(shù)據(jù)有損傷或丟失，則由TCP負(fù)責(zé)重傳，而應(yīng)用層不參與解決。

2、TCP提供部分應(yīng)用層信息的功能

IP只解決了單個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)的傳輸問(wèn)題，而在某些情況下，需要在傳輸過(guò)程中對(duì)應(yīng)用報(bào)文數(shù)據(jù)流進(jìn)行控制。TCP攜帶了部分應(yīng)用層信息，能夠區(qū)別同一報(bào)文數(shù)據(jù)流的一組IP數(shù)據(jù)報(bào)及其性質(zhì)。

TCP之上是應(yīng)用層協(xié)議，如FTP、SMTP、Telnet等，最終是依靠它們實(shí)現(xiàn)主機(jī)間的通信的。TCP對(duì)這些應(yīng)用層協(xié)議規(guī)定了整數(shù)標(biāo)志符，稱為端口號(hào)，TCP端口號(hào)對(duì)應(yīng)的應(yīng)用協(xié)議這里搜集了9種詳見下表2-2。這些規(guī)定的端口號(hào)成為保留端口，其值在0~1023范圍內(nèi)，從0~255都是預(yù)先定義的（不能由網(wǎng)絡(luò)管理員定義），而任何大于255的端口號(hào)可以由網(wǎng)絡(luò)管理員來(lái)定義。此外還有自由端口號(hào)，供個(gè)人程序使用，或用它來(lái)區(qū)分兩主機(jī)間相同應(yīng)用層協(xié)議的多個(gè)通信，即兩臺(tái)主機(jī)間復(fù)用多個(gè)用戶會(huì)話連接。

表 2-2：常用的TCP端口號(hào)

插口號(hào)由主機(jī)的IP地址和端口號(hào)組成，正在進(jìn)行通信的每臺(tái)主機(jī)的每個(gè)用戶會(huì)話連接，都有一個(gè)插口號(hào)。插口號(hào)對(duì)整個(gè)Internet是唯一的，一對(duì)插口號(hào)唯一地標(biāo)志了每個(gè)端口的連接，其中：

發(fā)端插口號(hào) = 源主機(jī)IP地址+源端口號(hào)；

收端插口號(hào) = 目的主機(jī)IP地址+目的端口號(hào)；

利用插口號(hào)可在目的主機(jī)中區(qū)分不同源主機(jī)對(duì)同一目的主機(jī)的相同端口號(hào)的多個(gè)用戶會(huì)話連接。在TCP段的頭部各域中具有“碼位”一項(xiàng)。其中SYN碼位為應(yīng)用數(shù)據(jù)流的開始位，SYN置“1”表示該IP數(shù)據(jù)報(bào)為某一應(yīng)用報(bào)文的第一份數(shù)據(jù)報(bào)。而碼位中的FIN碼位為應(yīng)用數(shù)據(jù)流的結(jié)束位。FIN置“1”表示此時(shí)數(shù)據(jù)報(bào)為上述應(yīng)用報(bào)文的最后一份數(shù)據(jù)報(bào)。故可利用SYN/FIN兩個(gè)碼位來(lái)確定某一應(yīng)用報(bào)文（或某一應(yīng)用數(shù)據(jù)流）的開始與結(jié)束。

綜上所述，我們可利用端口號(hào)和SYN/FIN碼位來(lái)區(qū)分應(yīng)用數(shù)據(jù)流，并判斷其性質(zhì)，從而使具有四層功能的高端路由器具有某些對(duì)應(yīng)用數(shù)據(jù)流的控制功能。

三、TCP段格式

TCP傳輸數(shù)據(jù)的基本單位是段，每段又可分為段頭部與數(shù)據(jù)區(qū)兩大部分，TCP段格式如下圖3所示；段格式中的有關(guān)各部分的含義詳見下表3-1。其中“碼位”一項(xiàng)有6種控制，在置“1”時(shí)的含義詳見下表3-2。

圖 3：TCP段格式

表 3-1：TCP段格式中的有關(guān)各部分的含義

表 3-2：TCP段格式中“碼位”的具體內(nèi)容及含義

四、總述

上述僅對(duì)傳輸控制協(xié)議（TCP）給出了一些簡(jiǎn)要的介紹，若要詳細(xì)了解該協(xié)議具體內(nèi)容的請(qǐng)查閱下附件。

附件：RFC 793（09/1981）《Transmission Control Protocol》

綜上，TCP的主要目的是提供可靠的數(shù)據(jù)進(jìn)程對(duì)之間的安全邏輯電路或連接服務(wù)。在不太可靠的互聯(lián)網(wǎng)通訊系統(tǒng)上提供這項(xiàng)服務(wù)，TCP需要提供如下表4所述的關(guān)鍵操作。

表 4：TCP需要提供的關(guān)鍵操作

然而，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的應(yīng)用發(fā)現(xiàn)TCP限制太大。 因此，需要開發(fā)一種新的互聯(lián)網(wǎng)傳輸協(xié)議來(lái)繞過(guò)這些限制，于是，IETF就又推出了流量控制傳輸協(xié)議（SCTP，Stream Control Transmission Protocol），特別適用于在IP網(wǎng)中傳送公用交換電話網(wǎng)（PSTN）的信令消息和IP網(wǎng)內(nèi)的信令消息。

欲進(jìn)一步了解流量控制傳輸協(xié)議（SCTP）介紹的請(qǐng)進(jìn)入。