TCP使用网络层（IP），提供了一种面向连接的、可靠的字节流服务。

面向连接意味着两个使用TCP协议的应用在彼此交换数据之前必须先建立一个TCP连接。

TCP使用以下方式来提供可靠服务：

• 应用数据被分割成TCP认为最适合发送的数据块。由TCP传递给IP的信息单位称为报文段或段（segment）。
• 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。
• 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。
• TCP将保持它首部和数据的校验和。这是一个端到端的校验和，目的是检测在传输过程中的任何变化。如果收到的校验和有差错，TCP将丢弃这个报文段和不缺人收到这个报文段（希望发端超时并重发）。
• TCP报文段接收到的顺序是不确定的，所以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。
• IP数据包还会发生重复，TCP的接收端必须丢弃重复的数据。
• TCP还能提供流量控制。TCP连接的双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。

一端将字节流放到TCP连接上，同样的字节流将出现在TCP连接的另一端。TCP对字节流不作任何解释。

TCP数据在IP数据报中的封装：

TCP包首部：

• 源端口号和目的端口号用于寻找发端和收端应用程序。两个端口号加上源端IP地址和目的端IP地址可以唯一确定一个TCP连接。一个IP地址和一个端口号称为一个Socket。

• 序号用来标识TCP发端向收端发送的数据字节流，表示在这个报文段中的第一个数据字节。无符号整数，到达 2^32-1 后又从 0 开始。

  当建立连接时，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）。该主机发送的第一个字节的序号是这个 ISN 加 1，因为 SYN 消耗了一个序号。

  确认序号包含发送确认的一端所期望接收到的下一个序号，应当是上次已成功收到数据字节序号加1。只有 ACK 标志为 1 时确认序号字段才有效。

  TCP为应用层提供全双工服务，数据能在两个方向上进行传输，因此连接的每一端必须保持每个方向上的传输序号。

• 首部长度给出首部中 32bit 字的数目，所以TCP首部的长度范围是 [20-60] 个字节。

• TCP首部中有 6 个标志比特，可被同时设置为 1 来表示该标志有效：

  URG：紧急指针（urgent pointer）。
  ACK：确认序号。
  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：发端完成发送任务，用于关闭。

• TCP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。

• 校验和覆盖了整个TCP报文段：TCP首部和TCP数据。由发端计算和存储，并由收端进行验证。（计算时校验和的字段先赋为 0 进行占位）

• 紧急指针只有在 URG 标志置为 1 时才有效，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。TCP的紧急方式是发送端向另一端发送紧急数据的一种方式。

• 选项用于可选字段，常见的有最长报文大小，又称为MSS（Maximum Segment Size）。

• 数据部分是可选的。

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