笔者最近看了关于Python的部分内容，发现网络编程部分非常容易能够创建一个本地TCP服务器，正好可以用来分析一下TCP的请求和响应过程。
在本篇文章，笔者将给大家介绍下TCP建立连接（三次握手），传输数据，断开连接（四次挥手）的过程。
TCP简介
TCP：TCP(Transmission Control Protocol 传输控制协议)是一种
面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议，由IETF的RFC 793定义。聊到网络协议，我们常常会想到OSI（Open System Interconnection 开放式系统互联）七层模型、TCP/IP协议簇，她位于OSI、TCP/IP协议簇哪一层等问题。
如下图OSI七层模型及对应的TCP/IP协议簇所示，TCP位于OSI中的第四层（传输层）。位于TCP/IP协议簇中的第四层（TCP or UDP）。
下图为OSI七层模型及对应的TCP/IP协议簇
- TCP是
面向连接的，是指客户端在发送、接收数据之前需要先建立连接，这个连接过程需要三次握手来完成，笔者借助Python搭建了一个本地的TCP服务，并使用Wireshark（Wireshark(前称Ethereal)是一个网络封包分析软件。网络封包分析软件的功能是撷取网络封包，并尽可能显示出最为详细的网络封包资料。
）捕获了本地的TCP服务器和TCP客户端之间请求响应的过程，带大家一起看一下建立连接（三次握手），传输数据，断开连接（四次挥手）的过程。
本地搭建TCP服务准备工作：
笔者在前文提到了要用Python创建一个本地TCP服务器，并且分析TCP的请求响应过程。这里笔者使用的是PythonIDE、Mac自带的终端简单创建了一个本地TCP服务端和客户端。
笔者会分析的过程如下：
-> 创建并且启动一个端口号为20000的TCP服务端
-> 创建客户端并和服务端建立连接（三次握手）
-> 客户端向服务端发送数据'AB'
-> 服务端到数据后给客户端发送数据'AB'
-> 服务端收到数据向客户端发送收到的数据（当前即'AB'）
-> 客户端和服务端断开连接（四次挥手）
-> 使用Wireshark对建立连接（三次握手），传输数据，断开连接（四次挥手）的过程进行分析
服务端代码：
Python 3.7.1 (v3.7.1:260ec2c36a, Oct 20 2018, 03:13:28)
[Clang 6.0 (clang-600.0.57)] on darwin
Type "help", "copyright", "credits" or "license()" for more information.
>>> from socketserver import BaseRequestHandler, TCPServer
>>> class EchoHandler(BaseRequestHandler):
def handle(self):
print('Got connection from', self.client_address)
while True:
msg = self.request.recv(8192)
if not msg:
break
self.request.send(msg)
>>> if __name__ == '__main__':
serv = TCPServer(('', 20000), EchoHandler)
serv.serve_forever()
Got connection from ('127.0.0.1', 59006)
客户端代码：
wangyongwangdeiMac:~ wangyongwang$ python
Python 2.7.15 (default, Oct 2 2018, 11:47:18)
[GCC 4.2.1 Compatible Apple LLVM 10.0.0 (clang-1000.11.45.2)] on darwin
Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.
>>> from socket import socket, AF_INET, SOCK_STREAM
>>> s = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
>>> s.connect(('localhost', 20000))
上述代码的效果如下图所示：
如上图，Got connection from ('127.0.0.1', 62515)我们可以确定客户端使用的端口是59006。
通过上述准备工作，下边笔者会使用Wireshark捕获TCP请求响应的整个过程，并进行相应分析。
TCP三次握手
-
TCP通过三次握手建立连接，我们对下图应该比较熟悉：
TCP三次握手图解
对上图中的代号及下文中的代号做说明：
-
Seq即下文中的Sequence number，序列号是指发送数据的位置。每发送一次数据，就累加一次该数据字节数的大小。一般用Wireshark捕获我们平时的请求的Seq是一个随机数。 -
Ack即Acknowledgement number，是指下一次应该受到的数据的序列号。 -
SYN为Flags部分的Syn，Syn为1表示希望建立连接。 -
ACK为Flags部分的ACK，Ack为1表示确认应答的字段变为有效。
TCP第一次握手，客户端向服务端发送报文，关键信息为Syn=1，Seq=0。如下图所示，sequence number= x = 0，Syn=1。
TCP第二次握手，服务端向客户端发送报文，关键信息为Ack=x+1=1，Syn=1，Seq=y=0。如下图所示，sequence number=y=0，Ack=x+1=1 , Syn = 1。
TCP第三次握手，客户端向服务端发送报文，Seq=x+1=1，Ack=y+1=1，ACK=1。如下图所示，Seq=x+1=1，Ack=y+1=1，ACK=1。
我们可以发现在三次握手之后，还有一次TCP Window Update。
TCP Window Update 是TCP通信中的一个状态，它可以发生的原因有很多，但最终归结于发送者传输数据的速度比接收者读取的数据还快，这使得接受端的在缓冲区必须释放一部分空间来装发送过来的数据，然后
向发送者发送Windows Update，告诉给发送者应该以多大的速度发送数据，从而使得数据传输与接受恢复正常。参考：tcp三次握手
从上图TCP Window Update，根据Source Port：20000及Destination Port：59006可知，当前发送者是客户端，解释下上一段文字的意思是，客户端发送的数据太快，服务端读书数据慢，服务端向客户端发送了一个TCP Window Update的报文。
上述内容就是TCP建立连接的过程，下边笔者给大家介绍下传输数据部分的内容：
TCP的数据传输过程：
查看数据传输过程和之前建立连接部分，用的是下图代码进行的分析：
代码内容和之前建立连接的代码一样，只是添加了
发送数据和断开连接的几行代码。可见这次客户端分配的端口号为53262。在分析数据传输过程之前，笔者先对下边会用到的名词及工具做个简单说明：
字节即byte，比特即bit，1个字节（byte）=8个比特（bit）。
ASCII码：是基于拉丁字母的一套电脑编码系统，主要用于显示现代英语和其他西欧语言。它是现今最通用的单字节编码系统
举个例子'A'的ASCII码为0x41
基本的16进制、2进制、10进制之间的转换：
16进制0x41对应2进制为 0100 0001对应10进制为4 * 16 + 1 = 65
下边笔者带大家看一下数据传输部分的分析：
下图表示客户端s.send(b'A')以二进制形式传输'A'（其对应的ASCII码为65）传输过程，：
下边展示一个客户端s.send(b'AB')并且服务端给予相应的回应（服务端也给客户端发送收到的''）的过程
- 接收数据的部分Flags中的Acknowledgement 设置为1，表示确认应答的字段有效
- 接收数据的部分Flags中的Push 设置为1表示表示接收方应该尽快把数据传给上层应用协议
从源端口53262，目的端口20000可以看出，下图表示客户端向服务端发送消息，发送的数据为'AB'，'AB'的ASCII码为0x4142。
从
源端口20000，目的端口53262可以看出下图表示服务端向客户端反馈收到了消息。Acknowledgement number 为4是因为，服务端接接收了客户端的2个字节的数据，在之前的客户端的Sequence number的基础上加了2。
从
源端口20000，目的端口53262可以看出，下图表示服务端向客户端发送消息，发送的数据为'AB'，'AB'的ASCII码为0x4142。
从
源端口53262，目的端口20000可以看出下图表示客户端向服务端反馈收到了消息。Acknowledgement number 为4是因为，客户端接收了服务端的2个字节的数据，在之前的服务端的Sequence number的基础上加了2。
TCP断开连接四次挥手
TCP断开连接示意图如下：
对应的Python的客户端代码s.shutdown(2)，客户端主动断开连接的。
- 断开连接的Flags中Fin是设置为1的，表示希望断开连接。
- 断开连接的Flags中Ack是设置为1的，表示确认应答字段有效。
响应的Wireshark抓包分析如下：
TCP断开连接第一次挥手，从源端口53262到目的端口20000，可以看出是客户端主动断开连接的。Flags中的Fin是设置为1的，Sequence number为7。
TCP断开连接第二次挥手，从源端口20000到目的端口53262，可以看出是服务端给予客户端断开连接的响应。并且Acknowledge number对之前的客户端的Sequence number做了加1操作。
TCP断开连接第三次挥手，从
源端口20000到目的端口53262，Flags中的Fin是设置为1的，可以看出是服务端向客户端发送断开连接的。Sequence number为7。
TCP断开连接第四次挥手，从
源端口53262到目的端口20000，可以看出是客户端给予服务端断开连接的响应。并且Acknowledge number对之前的服务端的Sequence number做了加1操作。
下边，笔者贴出了IP和TCP首部及Wireshark捕获TCP请求过程的的图。有兴趣的读者可自行做简单分析。
-
后来和昆哥一起交流，经过昆哥指正，上图的TCP首部已经更新过了，较新的TCP首部格式如下：
TCP首部
下图为TCP首部中的控制位部分
控制位 Control Flag
参考内容：
- Wireshark数据包实战讲解
- TCP/IP详解
- 图解TCP/IP
- https://www.ibm.com/support/knowledgecenter/en/SSLTBW_2.3.0/com.ibm.zos.v2r3.halc001/ipcicint_protocol.htm
- https://www.iana.org/assignments/address-family-numbers/address-family-numbers.xhtml
- https://python3-cookbook.readthedocs.io/zh_CN/latest/c11/p02_creating_tcp_server.html#id1
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