TCP：传输控制协议

TCP被誉为是可靠的数据传输协议，它是通过下面的方式来提供可靠性的：
（1）应用数据被分割成TCP认为最合适发送的数据块。这和UDP完全不同。应用程序产生的数据报长度将保持不变。由TCP传递给IP的信息单位称为报文段或段。
（2）当TCP发出一个端之后，它启动一个定时器，等待目的端确认接收到这个报文段。如果不能及时收到一个确认，将重发这个报文段。
（3）当TCP接收到发自TCP连接另一端的数据，它将发送一个确认。这个确认不是立即发送，通常将推迟几分之一秒。
（4）TCP将保持它首部和数据的校验。这是一个端到端的校验和，目的是检验数据在传输过程中的变化。如果收到的段的检验和有差错，TCP将丢弃这个报文段和不确认收到这个报文段（希望发送端超时然后重发）
（5）既然TCP报文段作为IP数据报来传输，而IP数据报的到达可能会失序，因此TCP报文段的到达也可能会失序。如果必要，TCP将对接收到的数据进行重新排序，将收到的数据以正确的顺序交给应用层。
（6）既然TCP数据报会发生重复，TCP的接收端必须丢弃重复的数据。
（7）TCP还能提供流量控制。TCP连接的每一方都有固定大小的缓冲空间（窗）。TCP的接收端只允许另一端发送接收端缓冲区能接纳的数据。这将防止较快主机指示较慢主机的缓冲区溢出。
TCP对字节流的内容不做任何解释。TCP不知道传输的数据字节流是二进制数据，还是ASCII字符或是其他类型数据。对字节流的解释由TCP连接双方的应用层解释。

在下图中解释了TCP报文和IP报文的关系：

下面是TCP首部的数据格式。如果不及任何可选字段，它通常是20字节

源端口和目的端的端口号：用于寻找发送端和接收端应用进程。这两个值加上IP首部中的源端IP地址和目的端的IP地址位移确定一个TCP连接。有时，一个IP地址和一个端口号称为一个插口。
序号：用来标识从TCP发送端向接收端发送的数据字节流，它标识在这个报文段中的第一个数据字节。如果将字节流看作在两个应用程序间的单向流动，则TCP用序号对每一个字节进行计数。序号是32bit的无符号整型，序号达到2^32-1后又从0开始。当建立一个新的连接时，SYN标志置1.序号字段包含由这个主机选择的该连接的初始序号ISN（Initial Sequence Number）。该主机要发送数据的第一个字节序号为这个ISN加1，因为SYN标志消耗了一个序号。
确认序号：既然每个传输的字节都要被计数，确认序号包含发送确认的一端所期望收到的下一个序号。因此，确认序号应当是上次已成功接收到的数据字节序号加1.只有ACK标志位1时确认序号字段才有效。发送ACK无需任何代价，因为32bit的确认序号字段和ACK标志一样，总是TCP首部的一部分。因此，一旦一个连接建立起来，这个字段总是被设置，ACK标志也总是被设置为1。
TCP为应用层提供全双工服务。这意味数据能够在两个方向上独立地进行传输，因此，连接的每一端必须保持每个方向上的传输数据序号。TCP可以描述为一个没有选择确认或是否认的滑动窗口协议。TCP缺少选择确认是因为TCP首部中的确认序号表示发方已经成功收到字节，但还不包含确认序号所指的字节。当前还无法对数据流中选定的部分进行确认。例如，如果1~1024字节已经成功接收，下一个文段中包含序号从2049~3072的字节，接收端并不能确认这个新的报文段。它所能做的就是发回一个确认序号为1025的ACK。它也无法对一个报文段进行否认。例如，如果收到包含1025~2048字节的报文段，但它的校验和错误，TCP接收端能做的就是发回一个确认序号为1025的ACK。
首部长度：给出首部中32bit字的数目。需要这个值是因为任选字段的长度是可变的。这个字段占4bit，因此TCP最多有40字节的首部。然而，没有任何选择字段，那么长度是20字节。
6个标志比特：他们中多个可能同时被置1，下面是对这个标志比特的简短解释

TCP的流量控制由连接的每一端通过声明的窗口大小来提供。窗口大小为字节数，起始于确认序号字段指明的值，这个值是接收端挣期望接收到的字节。窗口大小是一个16bit字段，因而窗口大小最大为65535字节。
检验和：检验和覆盖了整个TCP报文段，TCP首部和TCP数据。这是一个强制性的字段，一定要由发送端计算和存储，并由接收端进行验证。TCP校验和的计算和UDP校验和的计算类似，使用之前在UDP中提到的伪首部。
紧急指针：只有在URG标志置1的时候紧急指针才有效。紧急指针是一个正的偏移量，和序号字段中的值相加表示紧急数据最后一个字节的序号。TCP的紧急方式是发送端向另一端发送紧急数据的一种方式。
可选字段：最常见的可选字段是最长报文大小（MSS（Maximum Segment Size））。每个连接通常都在通信的第一个报文段（为建立连接而设置SYN标志位的那个段）中指明这个选项。它指明本端所能够接收的最大长度的报文段。

注意：TCP报文段中的数据部分是可选的，在一个连接建立和一个连接终止时，双方交换的报文段仅有TCP首部。如果一方没有数据要发送，也是用没有任何数据的首部来确认收到的数据。在处理超时的许多情况下，也不会发送不带任何数据的报文段。