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摘 要：TCP传输控制协议是TCP/IP中一个比较复杂的协议。它提供可靠的数据传输，具有全双工通信，面向字节流，流量控制，拥塞控制等特点。本文通过TCP的连接过程，进一步解析TCP的工作原理。
关键词：TCP；全双工通信；SYN；ACK
引言
21世纪是数字化信息化的时代，随着互联网通信技术的迅猛发展，各个国家都采用通信网络进行信息传输，所以在网络间进行可靠高效的传输信息十分重要，而TCP协议是面向连接的通信协议，具有高度的数据传输可靠性。
一、TCP协议概述
首先TCP是面向连接的运输层协议，用于应用程序之间的通信。应用程序在使用TCP协议之前需要先建立一个TCP连接，在数据传输结束之后，必须释放掉所建立的TCP连接。其次，TCP协议提供可靠的数据交付，使数据无差错，无丢失，无重复，且按顺序到达通信的另一方；同时，TCP也提供全双工通信，即允许通信双方相互发送信息。值得注意的是，每一条建立的TCP连接必须是一对一的。
二、TCP连接的建立
（一）简述
TCP连接建立的过程通常称为握手，一个TCP连接的建立要客户机和服务器之间交换三个TCP报文段，即三次握手。首先，由客户机端向服务器端发送连接请求消息；然后服务器端对所收到的客户机端的报文段进行确认，并向客户机发送包含确认信息的报文；最后客户机再对服务器的确认报文段进行确认，向服务器发送包含确认信息的报文段。
（二）TCP连接建立过程
最初，客户机和服务器的TCP进程都是处于关闭状态，由于TCP协议提供全双工通信，我们这里假设客户机主动去打开连接，服务器被动的打开连接。
首先，作为数据的接收方，服务器进行要先建立一个传输控制模块TCP（客户机也需要建立），并处于监听状态，等待客户机发送连接请求。
当客户机进程在建立TCP连接时，它首先向服务器进程发送一个请求报文段，同时设置报文段首部的同部位SYN（Synchronize Sequence Numbers）= 1，确认位ACK（Acknowledgement Number）= 0，表明这是一个连接的请求报文段。请求报文段不能携带数据，需要使用一个序号，这里选择初始序号seq = x。此时客户进程进入SYN_SEND状态。
服务器接收到来自客户的请求报文段后，如果同意建立TCP连接，服务器会向客户进程发送一个确认报文段。在确认报文段中，将SYN和ACK置为1，并设置确认号ack =x + 1。同时服务器也要使用一个序号，这里初始序号设置为seq = y。此时服务器进程进入SYN_RECV状态。
客戶进程收到确认报文段后，再次向服务器进程发送确认报文段；并将确认位ACK置为1；设置确认号为ack = y + 1；自身序号设置为seq = x + 1。这时TCP连接已经建立客户机进程进入ESTABLISHED状态。
当服务器进程收到确认后也进入ESTABLISHED状态。
三、TCP连接的释放
双方数据传输结束后双方都要马上释放TCP连接。
客户进程首先向TCP发出连接释放报文段，并把报文段首部的终止控制位FIN置1，序号seq = a（a等于传输数据的最后一个字节加一）。此时客户进程进入FIN-WAIT-1状态，并等待服务器程序确认。
服务器进程收到来自客户机进程的TCP连接释放报文段后，立即发出确认报文段，并设置报文段首部确认号axk=1；该报文段的序号为seq = b（b等于接收数据的最后一个字节加一）。此时服务器进程进入WAIT状态。
客户机进程接收到服务器进程的确认报文段，进入FIN-WAIT-2状态，并等待服务器进程发送连接释放报文段。
当服务器没有数据要发送时，服务器进程通知TCP释放连接。同时设置要发送的报文段首部，使FIN = 1；seq = w；ack = u = 1；此时服务器进程进入LAST-ACK状态。
客户端进程收到服务器进程的连接释放报文段后，需立即发送一个确认报文段，并设置ACK = 1；ack = w + 1；seq = u + 1；然后进入TIME-WAIT状态。客户进程撤销传输控制块TCP后，TCP连接就结束。
四、TCP的控制技术
TCP为了保证高效可靠的数据传输，使用了差错控制，拥塞控制以及流量控制。
差错控制：
对超过一定时间的报文段进行超时重传，检测和重传出现差错的报文段，重传丢失的报文段。TCP通过三个简单的方式来完成其差错控制：检验和、确认以及超时。
拥塞控制：
拥塞控制的根本目的就是防止大量的数据注入进网络，主要通过控制发送方的窗口来控制进入网络中数据的速率，TCP使用了三种不同的策略来进行拥塞控制，慢启动策略，拥塞避免策略和拥塞检测策略。
流量控制：
利用滑动窗口协议。TCP协议通过报文段窗口字段的大小来控制流量，发送方的发送窗口不能大于接收方所发回的窗口大小。
五、综述
综上所述，TCP协议的可靠性体现在：三次握手建立连接，四次挥手释放连接，通过滑动窗口机制进行流量控制，拥塞避免算法，差错控制控制，以及一定的超时重传机制。当两个应用进程在网络中进行可靠的数据传输时，首先要建立TCP连接，在通信结束时立即释放，避免对网络资源的占用。数据通过TCP协议传输，可以高效无差错的到达接收端，这极大的提高了网络中数据的传输效率。
参考文献
[1]James F.Kurose，Keith W.Ross著，计算机网络 Computer Networking [M]机械工业出版社，2009-11
[2]谢希仁 著，计算机网络 Computer Networking [M] 电子工业出版社，2017-1
作者简介
张世奇（1996—），研究方向：软件工程；
闻锋（1996—），究方向：机器学习。
（作者单位：河南大学金明校区软件学院）
关键词：TCP；全双工通信；SYN；ACK
引言
21世纪是数字化信息化的时代，随着互联网通信技术的迅猛发展，各个国家都采用通信网络进行信息传输，所以在网络间进行可靠高效的传输信息十分重要，而TCP协议是面向连接的通信协议，具有高度的数据传输可靠性。
一、TCP协议概述
首先TCP是面向连接的运输层协议，用于应用程序之间的通信。应用程序在使用TCP协议之前需要先建立一个TCP连接，在数据传输结束之后，必须释放掉所建立的TCP连接。其次，TCP协议提供可靠的数据交付，使数据无差错，无丢失，无重复，且按顺序到达通信的另一方；同时，TCP也提供全双工通信，即允许通信双方相互发送信息。值得注意的是，每一条建立的TCP连接必须是一对一的。
二、TCP连接的建立
（一）简述
TCP连接建立的过程通常称为握手，一个TCP连接的建立要客户机和服务器之间交换三个TCP报文段，即三次握手。首先，由客户机端向服务器端发送连接请求消息；然后服务器端对所收到的客户机端的报文段进行确认，并向客户机发送包含确认信息的报文；最后客户机再对服务器的确认报文段进行确认，向服务器发送包含确认信息的报文段。
（二）TCP连接建立过程
最初，客户机和服务器的TCP进程都是处于关闭状态，由于TCP协议提供全双工通信，我们这里假设客户机主动去打开连接，服务器被动的打开连接。
首先，作为数据的接收方，服务器进行要先建立一个传输控制模块TCP（客户机也需要建立），并处于监听状态，等待客户机发送连接请求。
当客户机进程在建立TCP连接时，它首先向服务器进程发送一个请求报文段，同时设置报文段首部的同部位SYN（Synchronize Sequence Numbers）= 1，确认位ACK（Acknowledgement Number）= 0，表明这是一个连接的请求报文段。请求报文段不能携带数据，需要使用一个序号，这里选择初始序号seq = x。此时客户进程进入SYN_SEND状态。
服务器接收到来自客户的请求报文段后，如果同意建立TCP连接，服务器会向客户进程发送一个确认报文段。在确认报文段中，将SYN和ACK置为1，并设置确认号ack =x + 1。同时服务器也要使用一个序号，这里初始序号设置为seq = y。此时服务器进程进入SYN_RECV状态。
客戶进程收到确认报文段后，再次向服务器进程发送确认报文段；并将确认位ACK置为1；设置确认号为ack = y + 1；自身序号设置为seq = x + 1。这时TCP连接已经建立客户机进程进入ESTABLISHED状态。
当服务器进程收到确认后也进入ESTABLISHED状态。
三、TCP连接的释放
双方数据传输结束后双方都要马上释放TCP连接。
客户进程首先向TCP发出连接释放报文段，并把报文段首部的终止控制位FIN置1，序号seq = a（a等于传输数据的最后一个字节加一）。此时客户进程进入FIN-WAIT-1状态，并等待服务器程序确认。
服务器进程收到来自客户机进程的TCP连接释放报文段后，立即发出确认报文段，并设置报文段首部确认号axk=1；该报文段的序号为seq = b（b等于接收数据的最后一个字节加一）。此时服务器进程进入WAIT状态。
客户机进程接收到服务器进程的确认报文段，进入FIN-WAIT-2状态，并等待服务器进程发送连接释放报文段。
当服务器没有数据要发送时，服务器进程通知TCP释放连接。同时设置要发送的报文段首部，使FIN = 1；seq = w；ack = u = 1；此时服务器进程进入LAST-ACK状态。
客户端进程收到服务器进程的连接释放报文段后，需立即发送一个确认报文段，并设置ACK = 1；ack = w + 1；seq = u + 1；然后进入TIME-WAIT状态。客户进程撤销传输控制块TCP后，TCP连接就结束。
四、TCP的控制技术
TCP为了保证高效可靠的数据传输，使用了差错控制，拥塞控制以及流量控制。
差错控制：
对超过一定时间的报文段进行超时重传，检测和重传出现差错的报文段，重传丢失的报文段。TCP通过三个简单的方式来完成其差错控制：检验和、确认以及超时。
拥塞控制：
拥塞控制的根本目的就是防止大量的数据注入进网络，主要通过控制发送方的窗口来控制进入网络中数据的速率，TCP使用了三种不同的策略来进行拥塞控制，慢启动策略，拥塞避免策略和拥塞检测策略。
流量控制：
利用滑动窗口协议。TCP协议通过报文段窗口字段的大小来控制流量，发送方的发送窗口不能大于接收方所发回的窗口大小。
五、综述
综上所述，TCP协议的可靠性体现在：三次握手建立连接，四次挥手释放连接，通过滑动窗口机制进行流量控制，拥塞避免算法，差错控制控制，以及一定的超时重传机制。当两个应用进程在网络中进行可靠的数据传输时，首先要建立TCP连接，在通信结束时立即释放，避免对网络资源的占用。数据通过TCP协议传输，可以高效无差错的到达接收端，这极大的提高了网络中数据的传输效率。
参考文献
[1]James F.Kurose，Keith W.Ross著，计算机网络 Computer Networking [M]机械工业出版社，2009-11
[2]谢希仁 著，计算机网络 Computer Networking [M] 电子工业出版社，2017-1
作者简介
张世奇（1996—），研究方向：软件工程；
闻锋（1996—），究方向：机器学习。
（作者单位：河南大学金明校区软件学院）