TCP协议详解

小到基于应用层做网络开发，大到生活中无处不在的网络。我们在享受这个便利的时候，没有人会关心它如此牢固的底层基石是如何搭建的。而这些基石中很重要的一环就是tcp协议。翻看一下“三次握手”和“四次挥手”，本以为这就是tcp了，其实不然。它仅仅解决了连接和关闭的问题，传输的问题才是tcp协议更重要，更难，更复杂的问题。回头看tcp协议的原理，会发现它为了承诺上层数据传输的“可靠”，不知要应对多少网络中复杂多变的情况。简单直白列举一下：

• 怎么保证数据都是可靠呢？---连接确认！关闭确认！收到数据确认！各种确认！！
• 因为网络或其他原因，对方收不到数据怎么办？--超时重试
• 网络情况千变万化，超时时间怎么确定？--根据RTT动态计算
• 反反复复，不厌其烦的重试，导致网络拥塞怎么办？---慢启动，拥塞避免，快速重传，快速恢复
• 发送速度和接收速度不匹配怎么办？--滑动窗口
• 滑动窗口滑的过程中，他一直告诉我处理不过来了，不让传数据了怎么办？--ZWP
• 滑动窗口滑的过程中，他处理得慢，就理所当然的每次让我发很少的数据，导致网络利用率很低怎么办？---Nagle

其中任何一个小环节，都凝聚了无数的算法，我们没有能力理解各个算法的实现，但是需要了解下tcp实现者的思路历程。

梳理完所有内容，大概可以知道：

tcp提供哪些机制保证了数据传输的可靠性？

tcp连接的“三次握手”和关闭的“四次挥手”流程是怎么样的？

tcp连接和关闭过程中，状态是如何变化的？

tcp头部有哪些字段，分别用来做什么的？

tcp的滑动窗口协议是什么？

超时重传的机制是什么？

如何避免传输拥塞？

一. 概述

1. tcp连接的特点

• 提供面向连接的，可靠的字节流服务
• 为上层应用层提供服务，不关心具体传输的内容是什么，也不知道是二进制流，还是ascii字符。

2. tcp的可靠性如何保证

• 分块传送：数据被分割成 最合适的 数据块（UDP的数据报长度不变）
• 等待确认：通过定时器等待接收端发送确认请求，收不到确认则重发
• 确认回复：收到确认后发送确认回复(不是立即发送，通常推迟几分之一秒)
• 数据校验：保持首部和数据的校验和，检测数据传输过程有无变化
• 乱序排序：接收端能重 排序 数据，以正确的顺序交给应用端
• 重复丢弃：接收端能丢弃重复的数据包
• 流量缓冲：两端有固定大小的缓冲区（滑动窗口），防止速度不匹配丢数据

3. tcp的首部格式

3.1 宏观位置

• 从应用层->传输层->网络层->链路层，每经过一次都会在报文中增加相应的首部。 参考之前的文章http协议
• TCP数据被封装在IP数据报中