神马文学网TCP
来源：百度文库 编辑：神马文学网 时间：2024/04/28 00:47:16
在阐述TCP连接建立和终止的原理时，课本使用了Telnet的diacard服务。这里对Telnet作一个简短回顾。
Telnet协议允许用户通过网络登录远程的计算机系统。这里所指的计算机系统不仅仅是基于Unix的，只要支持Telnet协议的系统都可登录。登录通常需要账号，但有些远程主机允许无账号登录。连接一经建立，你在终端的任何按键都将传递给远程主机。Telnet服务的Well-known端口号是23。
telnet命令：
telnet [options] [host [port]]
host可以是主机域名或者是IP地址
常用的两个选项 -a 尝试自动登录
-l 指定登录用户
telnet客户端有两种操作模式：输入模式（input mode）和命令模式（command mode）。不带参数直接执行telnet，终端显示“telnet>”提示符，这就是命令模式。在与服务器建立连接之后就进入输入模式。除了^]，其他任何输入模式数据都将通过服务器telnet进程传输给服务器用作执行命令。”^]”是telnet的escape字符：从输入模式退出到命令模式(用Ctrl+]按键)。
几个telnet命令：
？或help 显示telnet命令列表
close或quit 关闭telnet连接
z 挂起telnet会话，返回本地主机，用fg重启telnet
tcpdump是网络数据采集分析工具。对tcpdump输出的简单介绍。
09:33:11.723111 IP 192.168.1.100.43136 > 210.32.0.10.telnet: S 470329474:470329474(0) win 5840
09:33:11.723111 时间，精确到1微秒
IP 192.168.1.100.43136 > 210.32.0.10.telnet:S源IP.端口号>目标IP.端口号:标志
470329474:470329474(0) 顺序号：隐含结尾顺序号（数据长度）。其中隐含的结尾顺序号出现在两种情况下：1）TCP段中包含数据字段；2）SYN,FIN或RST至少有一个打开
win 5840 窗口大小5840字节（注若每次都要显示绝对数序号，需要在tcpdump后加参数-S，否则后续的显示相对顺序号）
mss 1460 最大段大小 1460字节
（后面字段再补充）
建立TCP连接的步骤：
1.请求端（通常称为客户端，client）发出一个SYN段，该段中指明了它希望连接服务器的端口号，以及它自己的ISN；
2.服务器用它自己的SYN段响应客户端请求，也指明了它的ISN。同时，服务器用客户端的ISN+1确认收到客户端SYN；
3.客户端用服务器ISN+1确认收到服务器的SYN。
这通常称为三步握手（three-way handshake）
我们说发出第一个SYN的那端执行active open，而接收这个SYN，发出另一个SYN的那端执行passive open。
TCP连接终止
由于TCP提供全双工的服务，每个方向的数据流独立传输，因此需要对每个方向的传输进行单独关闭，这通常引起所谓的TCP半关闭(half-close)。原则是每一端在发送完数据后向另一端发出FIN。当TCP收到一个FIN后，它就通知应用程序这个方向的数据流已经结束。图
连接通常由客户端发起。但两端都可以主动关闭（active close）它，一般是由客户端来决定中止连接，因为它受用户交互。
与前文类似，称发出第一个FIN的那端执行active close，而另一端执行passive close。
在连接建立时可能超时，需要在若干时间后重试。
最大段大小（MSS）是TCP可以发送出去的最大数据块（chunk of data）。在连接建立时，每一端通告它的MSS。如果一端没有收到另一端的MSS通告，那么数据块大小将默认为536字节，IP数据报就是576字节（加20字节的IP头和20字节的TCP头）。
一般的，MSS越大越好，但要考虑分段（fragmentation）的因素。为避免分段，连接双方往往不发送超过较小MSS的数据块。但如果中间网络的MSS小于连接两端较小的MSS，比如两端MSS都是536，而中间网络的MSS是296,就将会发生分段，具体后续学习。
半关闭状态：连接一端停止了输出，但仍可以从另一端接收数据。
TCP状态迁移图
在ESTABLISHED状态，双方已经建立了连接，可以双向地进行数据传输。CLOSED实际上不是一个状态，这里假想它是状态的起点和终点。
如果状态SYN_RCVD是从LISTEN迁移过来的，那么它在收到RST（重置连接）后可以从SYN_RCVD返回到LISTEN；如果是从SYN_SENT迁移过来的，则不可再迁移到LISTEN状态。也就是说，我们执行被动打开（进入LISTEN状态），接收到一个SYN，并发送对它的ACK和另一个SYN，即进入SYN_RCVD状态。这时如果收到ACK，将进入ESTABLISHED状态；但要是收到RST，则又回到LISTEN状态，等待新的连接请求的到来。
TIME_WAIT状态也称为2MSL等待状态。在TCP实现中，必须给段最大生存时间（maximum segment lifetime ,MSL）指定一个值。这是TCP段在网络中存在而不被丢弃的最大时间量。但由于TCP段是封装在IP数据报中的，因此MSL又受TTL（IP数据报的存活时间）限制。在实际中TTL是基于跳（hop）的数目，而非计时器。
给MSL设置值的原则：TCP执行一个主动关闭，当它发送最后一个ACK后，连接必须在TIME_WAIT状态停留2倍MSL时间。这是为了在最后一个ACK丢失的情况下对其重发。处在TIME_WAIT状态的另一个影响是：在此连接中定义的socket对不能被重用，重用只能在2MSL状态结束以后。具体实例见课本P243-245。
当连接处于2MSL状态时，它的任何延迟的TCP段都将被丢弃。连接由socket对来定义，我们称一个连接的新的实例(instance)为该连接的一个化身(incarnation)。由于在2MSL状态时定义一个连接的socket对不能被重用，因此该连接前一个化身的TCP段是不会被后一个化身曲解（misinterprete）的。
通常是客户端执行主动关闭，进入TIME_WAIT状态，服务器执行被动关闭，不会进入TIME_WAIT状态。言下之意就是如果我们终止一个客户端，并立即重启一个相同客户端，那么新的客户端将不能使用相同的本地端口号。但这不成问题，因为客户端使用短暂的（ephemeral）端口，我们并不关心使用的本地端口号是多少。
但这对于服务器来说就不同了，因为服务器使用well-known端口号，比如telnet的23。如果我们终止一台已经建立连接的服务器，并立即重启，那么服务器将不能立即使用它的well-known端口号，因为这个端口号还是处在2MSL状态的连接的一部分。
考虑一种情况：主机有端口号处于2MSL状态，但它却在MSL时间内崩溃并重启，而且重启后使用崩溃前处于2MSL状态的端口号建立了新的连接，此时主机崩溃前连接的延迟TCP段就会被当前新的连接误用。为避免这种情况发生，RFC793规定在重启后的MSL时间内不应该建立新的连接，这称为quiet time。
一般来说，当一个到达的TCP段对于某个指定连接（referenced connection）不正确时，就需要发出一个重置段（reset segment）。
发出重置段的一个通常情况是：有连接请求到达，但却没有进程正在目标端口监听。比如telnet远程主机时指定一个不在使用的端口号，远程主机将发回一个重置段。看课本上列出的两个包：
0.0 bsdi.1087 > svr4.20000: S 297416193:297416193(0) win 4096 [tos 0x10]
0.003771 (0.0038) svr4.20000 > bsdi.1087: R 0:0(0) ack 297416194 win 0
由于svr4收到的TCP段没有打开ACK，因此重置段的顺序号是0。尽管收到的TCP段不带实际数据，但由于SYN位在逻辑上占用了顺序号空间的一个字节，所以本例中重置段的应答号是ISN+数据长度（为0）+1，即297416194。
TCP连接的正常终止的情况:一端在所有排队数据发出后才发送一个FIN来终止连接，这也叫做有序释放（orderly release）。但有的时候可能用一个RST代替FIN来异常终止（abort）某个连接，有时也称之为异常释放（abortive release）。
异常释放带给了应用程序两个特征：1）任何在排队的数据都被丢弃（throw away）,并立即发出重置段；2）重置段的接受者能够区分对方是异常，而非正常关闭。应用程序使用的API必须提供产生异常而非正常关闭的方法。示例见P247-248。
TCP连接的半打开（half-open）状态：一端已经关闭或者异常终止，却没有把这些通知给另一端。任何一端的主机崩溃（crash）都可能产生半打开状态。只要不打算在半打开的TCP连接上传输数据，仍处于连接状态的那一端就不会去检查另一端已经崩溃。
一种通常情况是连接的客户端掉电（power off），而服务器却不知道这个客户端已经消失。当客户端重启时将新建与服务器连接，这样就导致了服务器上很多的半打开TCP连接。
实践示例见P249。
两端的应用程序同时向对方执行主动打开的情况是可能的，尽管发生的概率很小，这称为同时打开（simultaneous open）。
TCP对同时打开进行了针对性的设计，遵守的原则是同时打开只建立一个连接，而非两个。
图：同时打开时的TCP段交换
同样地，连接两端同时执行主动关闭的情况称为同时关闭（simultaneous close）。同时关闭时TCP段交换的图见下：
TCP选项和TCP服务器设计（略）。
_xyz
Telnet协议允许用户通过网络登录远程的计算机系统。这里所指的计算机系统不仅仅是基于Unix的，只要支持Telnet协议的系统都可登录。登录通常需要账号，但有些远程主机允许无账号登录。连接一经建立，你在终端的任何按键都将传递给远程主机。Telnet服务的Well-known端口号是23。
telnet命令：
telnet [options] [host [port]]
host可以是主机域名或者是IP地址
常用的两个选项 -a 尝试自动登录
-l 指定登录用户
telnet客户端有两种操作模式：输入模式（input mode）和命令模式（command mode）。不带参数直接执行telnet，终端显示“telnet>”提示符，这就是命令模式。在与服务器建立连接之后就进入输入模式。除了^]，其他任何输入模式数据都将通过服务器telnet进程传输给服务器用作执行命令。”^]”是telnet的escape字符：从输入模式退出到命令模式(用Ctrl+]按键)。
几个telnet命令：
？或help 显示telnet命令列表
close或quit 关闭telnet连接
z 挂起telnet会话，返回本地主机，用fg重启telnet
tcpdump是网络数据采集分析工具。对tcpdump输出的简单介绍。
09:33:11.723111 IP 192.168.1.100.43136 > 210.32.0.10.telnet: S 470329474:470329474(0) win 5840
09:33:11.723111 时间，精确到1微秒
IP 192.168.1.100.43136 > 210.32.0.10.telnet:S源IP.端口号>目标IP.端口号:标志
470329474:470329474(0) 顺序号：隐含结尾顺序号（数据长度）。其中隐含的结尾顺序号出现在两种情况下：1）TCP段中包含数据字段；2）SYN,FIN或RST至少有一个打开
win 5840 窗口大小5840字节（注若每次都要显示绝对数序号，需要在tcpdump后加参数-S，否则后续的显示相对顺序号）
mss 1460 最大段大小 1460字节
（后面字段再补充）
建立TCP连接的步骤：
1.请求端（通常称为客户端，client）发出一个SYN段，该段中指明了它希望连接服务器的端口号，以及它自己的ISN；
2.服务器用它自己的SYN段响应客户端请求，也指明了它的ISN。同时，服务器用客户端的ISN+1确认收到客户端SYN；
3.客户端用服务器ISN+1确认收到服务器的SYN。
这通常称为三步握手（three-way handshake）
我们说发出第一个SYN的那端执行active open，而接收这个SYN，发出另一个SYN的那端执行passive open。
TCP连接终止
由于TCP提供全双工的服务，每个方向的数据流独立传输，因此需要对每个方向的传输进行单独关闭，这通常引起所谓的TCP半关闭(half-close)。原则是每一端在发送完数据后向另一端发出FIN。当TCP收到一个FIN后，它就通知应用程序这个方向的数据流已经结束。图
连接通常由客户端发起。但两端都可以主动关闭（active close）它，一般是由客户端来决定中止连接，因为它受用户交互。
与前文类似，称发出第一个FIN的那端执行active close，而另一端执行passive close。
在连接建立时可能超时，需要在若干时间后重试。
最大段大小（MSS）是TCP可以发送出去的最大数据块（chunk of data）。在连接建立时，每一端通告它的MSS。如果一端没有收到另一端的MSS通告，那么数据块大小将默认为536字节，IP数据报就是576字节（加20字节的IP头和20字节的TCP头）。
一般的，MSS越大越好，但要考虑分段（fragmentation）的因素。为避免分段，连接双方往往不发送超过较小MSS的数据块。但如果中间网络的MSS小于连接两端较小的MSS，比如两端MSS都是536，而中间网络的MSS是296,就将会发生分段，具体后续学习。
半关闭状态：连接一端停止了输出，但仍可以从另一端接收数据。
TCP状态迁移图
在ESTABLISHED状态，双方已经建立了连接，可以双向地进行数据传输。CLOSED实际上不是一个状态，这里假想它是状态的起点和终点。
如果状态SYN_RCVD是从LISTEN迁移过来的，那么它在收到RST（重置连接）后可以从SYN_RCVD返回到LISTEN；如果是从SYN_SENT迁移过来的，则不可再迁移到LISTEN状态。也就是说，我们执行被动打开（进入LISTEN状态），接收到一个SYN，并发送对它的ACK和另一个SYN，即进入SYN_RCVD状态。这时如果收到ACK，将进入ESTABLISHED状态；但要是收到RST，则又回到LISTEN状态，等待新的连接请求的到来。
TIME_WAIT状态也称为2MSL等待状态。在TCP实现中，必须给段最大生存时间（maximum segment lifetime ,MSL）指定一个值。这是TCP段在网络中存在而不被丢弃的最大时间量。但由于TCP段是封装在IP数据报中的，因此MSL又受TTL（IP数据报的存活时间）限制。在实际中TTL是基于跳（hop）的数目，而非计时器。
给MSL设置值的原则：TCP执行一个主动关闭，当它发送最后一个ACK后，连接必须在TIME_WAIT状态停留2倍MSL时间。这是为了在最后一个ACK丢失的情况下对其重发。处在TIME_WAIT状态的另一个影响是：在此连接中定义的socket对不能被重用，重用只能在2MSL状态结束以后。具体实例见课本P243-245。
当连接处于2MSL状态时，它的任何延迟的TCP段都将被丢弃。连接由socket对来定义，我们称一个连接的新的实例(instance)为该连接的一个化身(incarnation)。由于在2MSL状态时定义一个连接的socket对不能被重用，因此该连接前一个化身的TCP段是不会被后一个化身曲解（misinterprete）的。
通常是客户端执行主动关闭，进入TIME_WAIT状态，服务器执行被动关闭，不会进入TIME_WAIT状态。言下之意就是如果我们终止一个客户端，并立即重启一个相同客户端，那么新的客户端将不能使用相同的本地端口号。但这不成问题，因为客户端使用短暂的（ephemeral）端口，我们并不关心使用的本地端口号是多少。
但这对于服务器来说就不同了，因为服务器使用well-known端口号，比如telnet的23。如果我们终止一台已经建立连接的服务器，并立即重启，那么服务器将不能立即使用它的well-known端口号，因为这个端口号还是处在2MSL状态的连接的一部分。
考虑一种情况：主机有端口号处于2MSL状态，但它却在MSL时间内崩溃并重启，而且重启后使用崩溃前处于2MSL状态的端口号建立了新的连接，此时主机崩溃前连接的延迟TCP段就会被当前新的连接误用。为避免这种情况发生，RFC793规定在重启后的MSL时间内不应该建立新的连接，这称为quiet time。
一般来说，当一个到达的TCP段对于某个指定连接（referenced connection）不正确时，就需要发出一个重置段（reset segment）。
发出重置段的一个通常情况是：有连接请求到达，但却没有进程正在目标端口监听。比如telnet远程主机时指定一个不在使用的端口号，远程主机将发回一个重置段。看课本上列出的两个包：
0.0 bsdi.1087 > svr4.20000: S 297416193:297416193(0) win 4096
0.003771 (0.0038) svr4.20000 > bsdi.1087: R 0:0(0) ack 297416194 win 0
由于svr4收到的TCP段没有打开ACK，因此重置段的顺序号是0。尽管收到的TCP段不带实际数据，但由于SYN位在逻辑上占用了顺序号空间的一个字节，所以本例中重置段的应答号是ISN+数据长度（为0）+1，即297416194。
TCP连接的正常终止的情况:一端在所有排队数据发出后才发送一个FIN来终止连接，这也叫做有序释放（orderly release）。但有的时候可能用一个RST代替FIN来异常终止（abort）某个连接，有时也称之为异常释放（abortive release）。
异常释放带给了应用程序两个特征：1）任何在排队的数据都被丢弃（throw away）,并立即发出重置段；2）重置段的接受者能够区分对方是异常，而非正常关闭。应用程序使用的API必须提供产生异常而非正常关闭的方法。示例见P247-248。
TCP连接的半打开（half-open）状态：一端已经关闭或者异常终止，却没有把这些通知给另一端。任何一端的主机崩溃（crash）都可能产生半打开状态。只要不打算在半打开的TCP连接上传输数据，仍处于连接状态的那一端就不会去检查另一端已经崩溃。
一种通常情况是连接的客户端掉电（power off），而服务器却不知道这个客户端已经消失。当客户端重启时将新建与服务器连接，这样就导致了服务器上很多的半打开TCP连接。
实践示例见P249。
两端的应用程序同时向对方执行主动打开的情况是可能的，尽管发生的概率很小，这称为同时打开（simultaneous open）。
TCP对同时打开进行了针对性的设计，遵守的原则是同时打开只建立一个连接，而非两个。
图：同时打开时的TCP段交换
同样地，连接两端同时执行主动关闭的情况称为同时关闭（simultaneous close）。同时关闭时TCP段交换的图见下：
TCP选项和TCP服务器设计（略）。
_xyz