TCP 协议的主要特点
- 面向连接型的传输协议
应用程序在使用 TCP 之前，必须先建立 TCP 传输连接。传输完毕后必须释放。 - 单播传输
TCP 连接只能进行点对点的数据传输，不支持多播 (multicast) 和广播 (broadcast) 传输方式。 - 面向字节流
TCP 不保留报文的边界，以字节流方式传输。 - 可靠的传输服务
应答确认，超时重传，滑动窗口协议 - 支持全双工传输
TCP允许通信双方的应用程序在任何时候都能发送数据，因为TCP连接的两端都设有缓存，用来临时存放双向通信的数据。当然，TCP可以立即发送一个数据段，也可以缓存一段时间以便一次发送更多的数据段（最大的数据段大小取决于MSS）。 - 支持建立多个并发的 TCP 连接
TCP 首部格式
TCP协议首部最小长度是20字节，首部有一个长度可变的选项部分，最大40字节，所以TCP首部长度是20-60字节大小。具体如图：
部分字段的解释说明：
| 字段 | 大小 | 说明 |
|---|---|---|
| 序号 (Sequence Number) | 4 byte | TCP传输的时候每一个字节都按顺序编号；协议中的序号是本报文段所发送数据第一个字节的序号。序号也用于建立和结束连接时候使用。 |
| 确认号 (Acknowledgement Number) | 4 byte | 表示期望收到对方下一个报文段的第一个数据字节的序号。可以用来解决不丢包的问题。 |
| 数据偏移 (Offset) | 4 bit | 指出 TCP 报文段的数据起始处距离 TCP 报文段的起始处有多远。这个字段实际上是指出 TCP 报文段的首部长度。 |
| 保留 (Reserved) | 4 bit | 保留为今后使用，目前应置为 0。 |
| 窗口 (window) | 2 byte | 可靠连接和流量控制中所用到的窗口大小。窗口值用于告诉对方：从本报文段首部中的确认号算起，接受方目前允许对方发送的数据量（以字节为单位）。之所以要有这个限制，是因为接受方的数据空间是有限的。 |
| 校验和 (Checksum) | 2 byte | 校验和字段检验的范围包括首部和数据两部分。 |
| 紧急指针 (Urgent Pointer) | 2 byte | 紧急指针仅在 URG = 1时才有意义，它指出本报文段中的紧急数据的字节数。因此，紧急指针指出了紧急数据的末尾在报文段中的位置。 |
| 选项 (TCP Option) | 0 ~ 40 byte | 长度可变，最长可达 40 字节。当没有使用 选项 时，TCP 的首部长度是 20 字节。 |
TCP 首部中含有六个控制位，对建立和结束连接非常关键，说明如下：
| 控制位 | 说明 |
|---|---|
| URG (Urgent) | 紧急字段，可以让该报文不按报文顺序优先被处理。如用户忽然终止传输连接。 |
| ACK (Acknowledge) | 确认该字段的值有效。只有当 ACK＝l 时，确认序号字段才有意义。当 ACK＝0 时，确认序号没有意义。 |
| PSH (Push) | 将数据推向前。当 PSH＝l 时，请求接收方TCP软件将该报文立即推送给应用程序。 |
| RST (Reset) | 连接必须复位。当 RST＝l 时，表明出现严重差错，必须释放连接，然后重新建立连接。也可用于拒绝连接。 |
| SYN (Synchronize) | 建立连接时候的同步标志。当 SYN＝l ，而 ACK＝0 时，表明这是一个建立连接请求报文，若对方同意建立该连接，则应在发回的报文中将SYN和ACK标志位同时置1。实质上，就是用 SYN 来代表 Connection Request 和 Connection Accepted ，用 ACK 位来区分这两种情况。 |
| FIN (Finish) | 终止连接的标志位。当 FIN＝1 时，表明数据已经发送完毕，并请求释放连接 |
TCP 建立连接过程
著名的三次握手：
需要三次握手的原因主要是防止 已失效的连接请求 。若使用两次握手，即 A 发送请求，B 返回确认即可建立连接，则可能出现以下情况：A 发送的连接未丢失，而是延滞了。此时 A 放弃了建立连接，但是 B 一段时间后收到了请求，于是返回 ACK 给 A ，此时就错误的建立了连接。
TCP 关闭连接过程
TCP 释放连接包含两个来回。前两次握手代表发送方不再传输数据了。后两次握手代表接收方不再传输数据了，因为TCP是全双工通信，二者是可以同时发送消息和接受消息的。所以图中B的CLOSE-WAIT阶段，仍然可以传输数据。
为什么A在发送确认后还有TIME-WAIT的阶段？有两个理由:
- A发送的最后一个ACK必须到达B。如果B没有收到该ACK，可能会再次发送FIN+ACK。如果此时A关闭了，B就不可能收到ACK了，也就无法正常关闭。
- 同三次握手一样，A等待一段时间，可以上网络中本次连接的延滞的请求都发送到位，然后再关闭连接，这样网络里面就不会再剩下本次连接的请求了。
TCP 可靠传输
综述
- 应答确认： 接收方收到报文会进行确认。
- 超时重传： 发送方在一段时间后没有收到确认会进行重传。
- 数据校验
- 数据合理分片和排序
- 流量控制： 当接收方来不及处理发送方的数据，能提示发送方降低发送的速率，防止丢包。
滑动窗口协议
一个一个传输报文显然效率太低，所以我们可以约定每次发送多个报文，然后采用累积确认的方式。但发送出去的报文可能会丢失，所以我们需要一个缓冲区来维护这些报文，方便重传。
