TCP协议详解：连接管理、可靠传输与拥塞控制-优快云博客

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TCP是一种面向连接、提供可靠传输的传输层协议。其连接管理包括三次握手和四次挥手，确保双方能建立和断开连接。可靠传输通过确认应答机制、超时重传和连续ARQ协议实现。流量控制利用滑动窗口限制发送速率，而拥塞控制则通过慢开始、拥塞避免、快重传和快恢复算法防止网络拥塞。此外，TCP还面临粘包问题，需要应用层处理报文边界。

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TCP概述及特点

TCP称为传输控制协议，是一种面向字节流的可靠的传输协议，是传输层的协议。

特点：

TCP是面向连接的传输层协议，所谓面向连接就是需要在使用TCP协议之前先建立连接、使用完TCP协议之后再断开连接。那么如何理解连接的建立和断开呢？
TCP是点对点的，不能一对多、多对一、多对多。
TCP提供可靠交付的的服务。传输的数据保证无差错、不丢失、不重复、并且按需到达。
TCP提供全双工通信。连接双方可以随时随地的相互发送数据，实现的基础是设置有接收缓冲区和发送缓冲区。
TCP面向字节流。所谓面向字节流指的是：虽然上层的应用层协议会发送一个一个的数据报，但是在TCP这里，他会转化为一连串没有结构的字节流。当TCP根据机制判断需要上交数据的时候，就会将当前缓冲区的数据上交，但是此时并不能保证应用层需要的数据报都在这些字节流中，所以需要使用TCP协议的应用层软件具有识别字节流的能力。

TCP报头

因为TCP要保证可靠性，所以TCP的报头会比较复杂，实现的功能也比较多。

TCP报头

下面简单介绍一下报头各个字段的作用。

源端口号和目的端口号指定了发送端的进程和接收端的进程
序号和确认序号，字节流中每一个字节都标上了序号，确认序号用来告诉对端在当前序号之前、包括当前序号的字节流我都接收了，接下来请从下一个序号开始给我发送。序号的范围是0~2^32-1，如果到头了从0开始循环，这里可以表示4G的数据，旧序号的数据早已经到达了对端了。其中序号不是固定从零开始的，是有一个随机初始值ISN，连接的时候，从ISN开始。当进行三次握手建立连接的时候，一个很重要的活动就是确定ISN。比如：发送端发送了一个报文，包含的数据是：”Linux”；如果第一个序号给的是100，那么’x’对应的序号是104，’\0’对应序号是105。当接收端接收到这些字符之后，给发送端回一个报文的时候，他的确认序号就是：106，接收端希望发送端发送序号为106及其后面的报文。这个是全双工和可靠性的基础。
4位首部长度，首部长度指的是TCP报头的长度，他的单位是4字节。比如首部长度是：0101，那么指的是报头长度为20字节，这里代表了该TCP报头没有选项这个字段。所以通过计算得知，TCP报头最长是60个字节，出去选项字段之前的固定20字节，选项有40字节的扩展空间，但是一般选项默认没有。
保留6位，没有使用
URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN六位标志位。
URG标志位：URG=1表示将紧急指针有效，它告诉系统，这个报文里面有紧急数据，让这些数据优先到达，而不用按顺序。该标志位与16位紧急指针搭配使用。比如使用Ctrl+C中断程序的时候。
ACK标志位：ACK=1表示该报文是确认报文，用于对请求的确认。一般来说在建立之后的所以报文的ACK都为1，同时确认报文也会捎带数据用于交换。
PSH标志位：PSH=1表示提醒接收端，让它把接收缓冲区的数据快速取走，而不是等到缓冲区满的时候才读取。
RST标志位：RST=1表示复位报文。当发送端以为连接已经建立，而接收端认为连接未建立的时候。如果发送端给接收端发送数据，发送端会回一个RST=1的报文，这样发送端知道连接无效，于是断开重新请求连接。同时还可以用在拒绝打开一个链接的时候，接收端给发送端发送一个复位报文。
SYN标志位：SYN=1表示这是一个请求连接的报文，如果SYN=1，ACK=0，表示请求连接，而SYN=1，ACK=1，表示现在处于TCP建立连接的时候。
FIN标志位：FIN=1表示这是一个请求连接断开的报文，用在TCP断开连接的时候。
16位窗口大小，窗口指的是接收端接收缓冲区的剩余大小，TCP可以通过窗口大小来协调发送端的发送能力。
16位校验和，发送端填充，使用CRC校验，接收端校验失败，表示数据报有问题。这里校验包括了TCP报头和数据。
16位紧急指针，当URG=1的时候有效，用于指向紧急数据的位置。就算接收端窗口为0，也可以接收紧急指针指向的数据。
最大40位选项：一般不使用，其中比较常用的有：MSS（数据字段的最大长度)选项，MSS应该尽量大，只要在ip层没有进行分片就好，这样的开销是最小的，在以太网中MSS是1500字节-40字节=1460字节，该选项只有在创建连接的过程中有效；窗口扩大选项，窗口最大是2^16-1，通过这个选项可以增大，该选项只有在创建连接的过程中有效；时间戳值选项，用两个功能。第一个：因为序号是循环使用的，如果当速率很大的时候，会出现序号重复使用的情况，我们就可以通过时间戳将新旧报文段分开；第二个功能：计算往返时间RRT，发送的时候将时间放入，返回的时候带回来，这样就可以计算出往返的时间了。