TCP connection

基础概念：TCP连接与HTTP的关系

​​TCP连接的作用​​

• 在客户端与服务器之间建立双向数据传输通道（类似"虚拟管道"）。

• HTTP请求和响应的数据包均需通过此通道传输。

​​三次握手（Three-Way Handshake）​​

• TCP连接的建立需要客户端与服务器进行三次网络通信（SYN→SYN-ACK→ACK），会带来约1.5 RTT的延迟。

• 频繁创建新连接会增加网络开销，影响性能。

HTTP各版本对TCP连接的优化演进

1. HTTP/1.0：短连接（Short-Lived Connections）

• ​​机制​​

  • 每个HTTP请求需单独建立TCP连接，请求完成后立即关闭（Connection: close）。

  • 每个请求-响应周期都需要经历TCP三次握手和四次挥手。

• ​​缺点​​

  • 高延迟：频繁连接的创建/销毁导致性能瓶颈（如加载网页需多次握手）。

  • 资源浪费：每次连接需占用服务器端口和内存。

2. HTTP/1.1：持久连接（Persistent Connections）

• ​​机制​​

  • 默认启用长连接（Connection: keep-alive），单个TCP连接可复用多个HTTP请求。

  • 通过复用同一连接，后续请求无需重复三次握手。

  • 需显式关闭连接（如设置Connection: close或超时自动断开）。

• ​​优点​​

  • 减少握手次数，降低延迟，提升页面加载速度。

  • 支持管道化（Pipelining，理论优化）：允许连续发送多个请求（但响应需按序返回，易队头阻塞）。

3. HTTP/2：多路复用（Multiplexing）

• ​​机制​​

  • 在单个TCP连接上实现多路并行传输（多个请求/响应可交错传输）。

  • 通过二进制分帧层（Binary Framing）将数据拆分为独立帧，实现并发传输。

• ​​优点​​

  • 彻底解决HTTP/1.1的队头阻塞问题。

  • 更高的连接利用率，减少延迟（如页面资源可并行加载）。

技术演进的核心目标

• 减少握手次数​​：通过复用TCP连接降低延迟（HTTP/1.1）。

• ​​提升传输效率​​：通过多路复用突破串行限制（HTTP/2）。

• ​​未来方向​​：HTTP/3基于QUIC协议（UDP），彻底规避TCP队头阻塞问题。

TCP 报文格式

​​源端口 & 目的端口​​（各16位）

标识发送方和接收方的应用程序端口。

​​序列号 & 确认号​​（各32位）

序列号标记数据包顺序；确认号表示已接收的数据，用于可靠传输。

​​数据偏移​​（4位）

指示TCP报头长度（以4字节为单位），确定数据起始位置。

​​保留​​（6位）

未使用，通常置零。

​​控制标志​​（6位）

• ​​URG​​：紧急数据有效

• ​​ACK​​：确认字段有效

• ​​PSH​​：接收方应立即推送数据至应用层

• ​​RST​​：强制断开连接

• ​​SYN​​：发起连接请求

• ​​FIN​​：终止连接

需要注意的是：不要将确认序号Ack与标志位中的ACK搞混了。确认方Ack=发起方Seq+1，两端配对。

​​窗口大小​​（16位）

接收方可接收的数据量（流量控制）。

​​校验和​​（16位）

验证报头和数据完整性。

​​紧急指针​​（16位）

配合URG标志，指向紧急数据末尾位置。

​​选项​​（可变长度）

扩展功能（如最大报文段MSS、窗口缩放因子）。

​​数据​​（可变长度）

传输的应用层有效载荷。

三次握手

第一次握手

首先客户端向服务器端发送一段TCP报文

标记位为SYN，表示“请求建立新连接”; 序号为Seq=X（X一般为1）； 随后客户端进入SYN-SENT阶段。

第二次握手

服务器端接收到来自客户端的TCP报文之后，结束LISTEN阶段。并返回一段TCP报文，其中：

标志位为SYN和ACK，表示“确认客户端的报文Seq序号有效，服务器能正常接收客户端发送的数据，并同意创建新连接”（即告诉客户端，服务器收到了你的数据）； 序号为Seq=y； 确认号为Ack=x+1，表示收到客户端的序号Seq并将其值加1作为自己确认号Ack的值；随后服务器端进入SYN-RCVD阶段。

第三次握手

客户端接收到来自服务器端的确认收到数据的TCP报文之后，明确了从客户端到服务器的数据传输是正常的，结束SYN-SENT阶段。并返回最后一段TCP报文。其中：

标志位为ACK，表示“确认收到服务器端同意连接的信号”（即告诉服务器，我知道你收到我发的数据了）；序号为Seq=x+1，表示收到服务器端的确认号Ack，并将其值作为自己的序号值； 确认号为Ack=y+1，表示收到服务器端序号Seq，并将其值加1作为自己的确认号Ack的值； 随后客户端进入ESTABLISHED阶段。

四次挥手

四次挥手即终止TCP连接，就是指断开一个TCP连接时，需要客户端和服务端总共发送4个包以确认连接的断开。 发送一个FIN来终止这一方向的连接，收到一个FIN只是意味着这一方向上没有数据流动了，即不会再收到数据了，但是在这个TCP连接上仍然能够发送数据，直到这一方向也发送了FIN。首先进行关闭的一方将执行主动关闭，而另一方则执行被动关闭。

总结

TCP三次握手目的

是为了防止已失效的连接请求报文段突然又传送到了服务端，因而产生错误

TCP四次挥手目的

因为tcp是全双工模式，接收到FIN时意味将没有数据再发来，但是还是可以继续发送数据