万字详解 TCP协议，TCP开发绝不能错过

**TCP 协议详解**

TCP（Transmission Control Protocol）是 Internet 的核心协议之一，它负责在网络中传输数据包。TCP 是一个可靠的、面向连接的协议，保证了数据包的正确传递和顺序。

**TCP 的基本特性**

1. **面向连接**: TCP 需要在发送端和接收端建立一个连接，然后才能传输数据。
2. **可靠传输**: TCP 使用序列号和确认机制来确保数据包的正确传递和顺序。
3. **流控**: TCP 使用滑动窗口算法来控制数据包的传输速率。

**TCP 的连接建立过程**

1. **三次握手**: 发送端和接收端之间进行三次握手，建立一个连接。
2. **发送 SYN 包**: 发送端发送一个 SYN 包，包含自己的序列号和窗口大小。
3. **接收 SYN 包**: 接收端接收到 SYN 包后，回复一个 SYN+ACK 包，包含自己的序列号和窗口大小。
4. **确认 ACK 包**: 发送端接收到 SYN+ACK 包后，回复一个 ACK 包，确认连接建立。

**TCP 的数据传输过程**

1. **分片**: TCP 将大块的数据分成小的包，进行传输。
2. **序列号**: 每个包都有一个唯一的序列号，用于标识包的顺序和位置。
3. **确认机制**: 接收端接收到包后，回复一个 ACK 包，确认包的正确传递和顺序。

**TCP 的连接释放过程**

1. **四次挥手**: 发送端和接收端之间进行四次挥手，关闭一个连接。
2. **发送 FIN 包**: 发送端发送一个 FIN 包，表示数据传输完成。
3. **接收 FIN 包**: 接收端接收到 FIN 包后，回复一个 ACK 包，确认收到 FIN 包。
4. **关闭连接**: 发送端和接收端都关闭连接。

**TCP 的滑动窗口算法**

1. **窗口大小**: TCP 使用窗口大小来控制数据包的传输速率。
2. **滑动窗口**: 当发送端发送出数据包后，窗口大小会根据实际情况进行调整。
3. **拥塞避免**: 当网络出现拥塞时，TCP 会减少窗口大小，以防止进一步的拥塞。

**TCP 的代码示例**

c#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

// TCP 头部结构体typedef struct {
 uint16_t src_port; // 源端口号 uint16_t dst_port; // 目的端口号 uint32_t seq_num; // 序列号 uint32_t ack_num; // 确认号 uint8_t dataofs; // 数据偏移量 uint8_t reserved:3; // 保留位 uint8_t flags; // 标志位 uint16_t window; // 窗口大小 uint16_t checksum; // 校验和 uint16_t urgent_ptr;// 紧急指针} tcp_header;

// TCP 数据包结构体typedef struct {
 tcp_header header;
 char data[1024]; // 数据部分} tcp_packet;

int main() {
 // 创建一个 TCP 数据包 tcp_packet packet;
 memset(&packet,0, sizeof(packet));

 // 设置源端口号和目的端口号 packet.header.src_port = htons(12345);
 packet.header.dst_port = htons(56789);

 // 设置序列号和确认号 packet.header.seq_num = htonl(10000);
 packet.header.ack_num = htonl(20000);

 // 设置数据偏移量、标志位和窗口大小 packet.header.dataofs =5;
 packet.header.reserved =0;
 packet.header.flags =0x12; // SYN 和 ACK 位 packet.header.window = htons(1024);

 // 计算校验和 uint16_t checksum = csum(&packet, sizeof(packet));
 packet.header.checksum = htons(checksum);

 // 打印 TCP 头部信息 printf("TCP Header:
");
 printf(" Src Port: %d
", ntohs(packet.header.src_port));
 printf(" Dst Port: %d
", ntohs(packet.header.dst_port));
 printf(" Seq Num: %u
", ntohl(packet.header.seq_num));
 printf(" Ack Num: %u
", ntohl(packet.header.ack_num));
 printf(" Dataofs: %d
", packet.header.dataofs);
 printf(" Reserved: %d
", (packet.header.reserved &0x07));
 printf(" Flags: %d
", packet.header.flags);
 printf(" Window: %u
", ntohs(packet.header.window));
 printf(" Checksum: %u
", ntohs(packet.header.checksum));

 return0;
}

// 计算 TCP 校验和uint16_t csum(void *buf, int len) {
 uint32_t sum =0;
 char *ptr = (char *)buf;

 while (len >1) {
 sum += *(uint16_t *)ptr;
 ptr +=2;
 len -=2;
 }

 if (len ==1) {
 sum += *(uint8_t *)ptr;
 }

 while (sum >>16) {
 sum = (sum &0xFFFF) + (sum >>16);
 }

 return ~sum;
}

**注释**

* `tcp_header` 结构体代表 TCP 头部的信息，包括源端口号、目的端口号、序列号、确认号、数据偏移量、标志位和窗口大小。
* `tcp_packet` 结构体代表一个完整的 TCP 数据包，包含头部和数据部分。
* `csum` 函数计算 TCP 校验和，根据 TCP 头部信息进行计算。

**总结**

TCP 协议是 Internet 的核心协议之一，它负责在网络中传输数据包。TCP 是一个可靠的、面向连接的协议，保证了数据包的正确传递和顺序。TCP 的基本特性包括面向连接、可靠传输和流控。TCP 的连接建立过程涉及三次握手，发送端和接收端之间进行通信。TCP 的数据传输过程涉及分片、序列号和确认机制。TCP 的连接释放过程涉及四次挥手，关闭一个连接。TCP 的滑动窗口算法用于控制数据包的传输速率。最后，提供了 TCP 头部结构体和 TCP 数据包结构体的代码示例，以及计算 TCP 校验和的函数。