概述
TCP(Transmission Control Protocol)传输控制协议
和UDP结构类似，由TCP首部和TCP数据报数据组成：
特点：
- TCP是面向连接的协议
- TCP的一个连接有两端（点对点通信，类似打电话？）
- TCP提供可靠的传输服务
- TCP提供全双工的通信
- TCP是面向字节流的协议（对应用层数据报合并或分拆）
TCP协议头部，固定20个字节，UDP头部只有8个字节，IP协议头部20个字节：
序号：
- 0~ 2^32-1
- 一个字节一个序号
- 数据首字节序号（第一个字节）
确认号：
- 0~ 2^32-1
- 一个字节一个序号
- 期待收到数据的首字节序号
- 确认号为N：表示N-1序号的数据都已经收到
比如，收到了序号为501的数据报，长度是100，下一次确认号则为601
数据偏移：
- 占4位：0~15，单位为：32位字（由此可以看出最大偏移为15*4，即TCP首部长度介于20-60个字节之间）
- 数据偏离首部的距离
- 不知道TCP选项有多长，所以用数据偏移表示真实的数据离头部偏移有多少
TCP标记：
- 占6位，每位各有不同意义
URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN：
窗口：
- 占16位：0~2^16-1
- 指明允许对方发送的数据量（比如确认号501，窗口是1000，那么501-1500都是可以接收的）
紧急指针：
- 紧急数据（URG=1）
- 指定紧急数据在报文的位置
TCP选项：
- 最多40字节（60-20）
- 支持未来的拓展
可靠传输的基本原理
停止等待协议：
- 发送方等待接收方的确认消息，才发送新的信息
- 最简单的可靠传输协议
- 通过超时重传保证可靠传输
- 对信道的利用效率不高
停止等待协议，无差错的情况：
出差错的情况，超时重传，包括接收方没有收到发送方的消息：
超时重传，发送方没有收到接收方的确认信息：
超时重传，确认消息很久才收到：
小结：
- 发送的消息在路上丢失了
- 确认的消息在路上丢失了
- 确认的消息很久才到
停止等待协议通过超时重传保证可靠传输
超时定时器：
- 每发送一个消息，都需要设置一个定时器
连续ARQ协议：
- ARQ（Automatic Repeat reQuest）自动重传请求
- 批量发送和确认
- 滑动窗口和累计确认是其两个重要概念
滑动窗口，收到前面的确认消息，滑动窗口向前移动，把滑动窗口内的未发送消息发送出去：
并不需要对每一个报文都确认，而采用累计确认的方法。如收到了5的确认消息，则认为1-5的消息都已经收到了，就把滑动窗口往前移动5格：
TCP协议的可靠传输
1. TCP的可靠传输基于连续ARQ协议
2. TCP滑动窗口以字节为单位
滑动窗口里面的7个字节都是可以发送的，左边是已经确认的字节序号，右边是不允许发送的字节序号，窗口内最左边是对方期待收到的下一个字节
窗口内又可分为已发送未确认和可用窗口，由于没收到前面的确认所以不能往前移动：
有可能窗口内都是已发送未确认，可用窗口=0。
没有按序收到确认消息，即收到后面的确认消息，但是没收到前面的，超时后，会从前面开始重传，效率低：
选择重传：
- 选择性的重传某些消息，而不是重传所有消息
- 选择重传需要指定需要重传的字节
- 每一个字节都有唯一的32位序号
TCP选项最多40个字节（60-20），即最多10个序号，指定的是需要重传的边界，而不是字节，表明需要重传的一段范围
一段一段，如果里面存了1000和1500，指的是需要重传1000~1500这一段数据
TCP协议的流量控制
1. 特有的功能（UDP和其他协议没有）
2. 流量控制指让发送方发送速率不要太快
3. 流量控制是使用滑动窗口来实现的（确认号是501的话，如果窗口是1000，表明接收方希望接收501-1501的数据）
通过窗口大小控制对方发送速率：
如果丢失了最后的确认窗口变大（不为0）的消息，就会导致死锁，发送方一直等到对方窗口变大，接收方一直等待对方发送消息
坚持定时器（解决死锁）：
- 当发送方接收到窗口为0的消息，则启动坚持定时器
- 坚持定时器每隔一段时间发送一个窗口探测报文
这种死锁相当于情侣一方A一直等待对方B改变脾气，而B已经改变了，但联系不到A，坚持定时器是A每隔一段时间问一下B，你改变了没有
TCP协议的拥塞控制
1. 一条数据链路经过非常多的设备
2. 数据链路中各个部分都有可能成为网络传输的瓶颈（导致拥塞）
与流量控制的区别：
- 流量控制考虑点对点的通信量的控制
- 拥塞控制考虑整个网络，是全局性的考虑
- 报文超时则认为是拥塞（虽然不一定）
慢启动算法：
- 由小到大逐渐发送数据量
- 每收到一个报文确认，就加一（指数增长，1 2 4 8 16…）
- 增长到慢启动阈值(ssthresh)后就不增长了
拥塞避免算法：
- 维护一个拥塞窗口的变量
- 只要网络不拥塞，就试探着把拥塞窗口调大（比如到了慢启动阈值16后，以后发送17、18、19…个报文）
二者结合，先进行慢启动算法，再进行拥塞避免算法：
上述过程就像一个人贪婪的过程
TCP连接的三次握手
涉及到3个TCP标记，SYN(连接请求)、ACK（代表已确认）、FIN（代表释放连接）
1.发送方发送：SYN=1, seq=x
2.接收方发送：SYN=1, ACK=1, seq=y, ack=x+1（小写的ack表示期望收到序列号的值是x+1，seq=y表示自己携带的序号为y）
3.发送方发送：ACK=1, seq=x+1, ack=y+1
- 第一次和第二次握手都有SYN标记位，代表连接请求的意思
- 第二次和第三次都有ACK的标记，对连接双方的序列号进行同步（都知道对方的序列号）
- 发送方在第二次握手后就建立连接了，接收方在第三次握手后才建立连接，双方都建立连接后就可以进行数据传输了
- 发送方发送第一次报文后进行同步已发送（SYNC-SENT）状态;
- 接收方收到之前处于监听（Listen）状态，收到第一次报文后进入同步已接收（SYNC-RCVD）状态;
- 发送方收到第二次报文后进行连接(ESTABLISHED)状态;
- 接收方收到第三次报文后进入连接(ESTABLISHED)状态。
- 即发送方状态为：同步已发送、建立连接。接收方状态为：监听、同步已接收、建立连接
- 最早，接收方和发送方都是closed状态，即关闭。
为什么发送方要发出第三个确认报文（为什么需要第三次握手）？
- 防止已经失效的连接请求报文传送到对方，引起错误
详细解释：
- 发送方第一次握手时发送很久没有收到对方应答，于是发送了第二封，第二封比第一封更早到达，第一次便是失效的请求报文
- 如果两次握手就能建立起连接：同一个请求发送两次（第一次超时）就会建立起两个连接，引起错误
- 本来这是一个早已失效的报文段,但server收到此失效的连接请求报文段后，就误认为是client再次发出的一个新的连接请求。
虚线是假设两次握手就建立连接
TCP连接的四次挥手
比三次握手多出来的是第二次挥手，意思是我收到了，但是我现在还没传完，等会关闭
- 主动关闭的一方状态变化为：建立状态、第一次等待(FIN-WAIT-1)、第二次等待(FIN-WAIT-2)、等待计时(TIME-WAIT)、关闭
- 被动关闭的一方状态变化为：建立状态、关闭等待(CLOSE-WAIT)、最后确认(LAST-ACK)、关闭状态。
- 主动关闭的一方最后有等待计时状态
MSL(MAX Segment Lifetime)：最长报文段寿命
- MSL建议设置为2分钟
等待计时器
- 最长等待时间2MSL
- 等待过程中，不会释放端口，只有等到等待计时器结束后，才释放