TCP/IP详解 017 TCP：传输控制协议

TCP和UDP都使用相同的网络层（IP）,TCP提供一种面向连接的、可靠的字节流服务。
面向连接意味着两个使用TCP的应用（通常是一个客户和服务器）在彼此交换数据
广播和多播不能用于TCP
TCP通过下列方式来提供可靠性：
1、应用数据被分割成TCP认为最适合发送的数据块。这和UDP完全不同，应用程序产生的数据报长度将保持不变，TCP传递给IP的信息单位成为报文段或段（segment）
2、当TCP发出一个段后，它启动一个定时器，等待目的端确认收到这个报文段，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检验和。这是一个端到端的检验和，目的是检测数据在传输过程中的任何变化。如果收到段的检验和有差错，TCP将丢弃这个报文段和不确认收到此报文段（希望发端超时并重发）
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IP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，TCP的接收端只允许另一端发送接收端缓冲区所能接纳的数据。这将防止较快主机致使较慢主机的缓冲区溢出。

字节流服务（byte stream service）:两个应用程序通过TCP连接交换8bit字节构成的字节流，TCP不在字节流中插入记录标识符

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TCP的首部

TCP数据被封装在一个IP数据报中

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一般是20字节
每个TCP段都包含源目端口号，用于寻找发端和收端应用进程。这两个值加上IP首部中的源端IP地址和目的端IP地址唯一确定一个TCP连接。
有时候，一个IP地址和一个端口号也称为一个插口（socket）。后来它作为表示伯克利版的编程接口。插口对（socketpair）（包含客户IP地址、客户端口号、服务器IP地址和服务器端口号的四元组）可唯一确定互联网络中每个TCP连接的双方。
序号用来标识从TCP发端向TCP收端发送的数据字节流，它表示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用序号对每个字节进行计数。序号是32bit的无符号数，序号到达2的32次方-1后又从0开始。
当建立一个新的连接时，SYN标志变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）。该主机要发送数据报的第一个字节号为这个ISN加1，因为SYN标志消耗了一个序号
因为每个传输的字节都被计数，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收到数据字节序号加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。
TCP为应用层提供全双工服务。这意味数据能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可以表述为一个没有选择确认或否认的滑动窗口协议。
我们说TCP缺少选择确认是因为TCP首部中的确认序号表示发方已成功收到字节，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字节已经成功收到，下一报文段中包含序号从2049}3072的字节，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，但它的检验和错TCP接收端所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60字节的首部。然而，没有任选字段，正常的长度是20字节。
TCP的6个标志比特
URG 紧急指针有效位
ACK 确认序号有效
PSH 接收方应该尽快将这个报文段交给应用层
RST 重建连接
SYN 同步序号用来发起一个连接。
FIN 断开连接

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，这个值是接收端正期望接收的字节。窗口大小是一个16bit字段，因而窗口大小最大为65535字节。
检验和覆盖了整个的TCP报文段：TCP首部和TCP数据。这是一个强制性的字段，一定由发端计算和存储，并由收端进行验证。TCP的这个和UDP也差不多，都是使用一个伪首部
紧急指针：只有URG置1时紧急指针才有效，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。
最常见的可选字段是最长报文大小，又称为MSS（Maximum Segment Size）。每个选择方通常都在通信的第一个报文段（为建立连接而设置SYN标志的那个段）中指明这个选项。它指明本端所能接收的最大长度的报文段。
注意：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，也使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中，也会发送不带任何数据的报文段。

小结：
TCP提供了一种可靠的面向连接的字节流运输层服务
TCP将用户数据打包构成报文段：它发送数据后启动一个定时器；另一端对收到的数据进行确认，对失序的数据重新排序，丢弃重复数据；TCP提供端到端的流量控制，并计算和验证一个强制性的端到端检验和。