传输控制协议 TCP （Transmission Control Protocol），全双工通信、提供面向连接（只能有两个端点）、可靠的数据传输服务、面向字节流。

1. 概述

传输控制协议TCP （Transmission Control Protocol），提供面向连接、可靠的数据传输服务，其数据传输的单位为报文段。

面向连接 : 在使用 TCP 协议之前，必须建立TCP连接，在传送数据完毕之后，必须释放连接。

TCP连接的三次握手（建立连接）与四次挥手（释放连接）。

TCP连接只能有两个端点：点对点  即一对一。

TCP提供可靠交付的服务：通过TCP连接传送的数据无差错、不丢失、不重复、并且按序到达。

TCP提供全双工通信：通信双方的应用进程任何时候都可以发送数据。

TCP 连接两端都设有发送缓存，接受缓存，用来储存临时通信的数据。发送时，应用程序把数据传送给TCP的缓存，就可以做其他事了。接收时，TCP把收到的数据放入缓存，上层应用程序在合适的时候读取缓存。

面向字节流： TCP中的流指的是流入到进程或从进程中流出的字节序列。”面向字节流 的含义“ 应用程序和TCP是一次一个数据块（大小不等）。

2. TCP 首部

TCP 的首部格式如下所示：

• 序号 ：用于对字节流进行编号，例如序号为 301，表示第一个字节的编号为 301，如果携带的数据长度为 100 字节，那么下一个报文段的序号应为 401。
• 确认号 ：期望收到的下一个报文段的序号。例如 B 正确收到 A 发送来的一个报文段，序号为 501，携带的数据长度为 200 字节，因此 B 期望下一个报文段的序号为 701，B 发送给 A 的确认报文段中确认号就为 701。
• 数据偏移 ：指的是数据部分距离报文段起始处的偏移量，实际上指的是首部的长度。
• 确认 ACK ：当 ACK=1 时确认号字段有效，否则无效。TCP 规定，在连接建立后所有传送的报文段都必须把 ACK 置 1。
• 同步 SYN ：在连接建立时用来同步序号。当 SYN=1，ACK=0 时表示这是一个连接请求报文段。若对方同意建立连接，则响应报文中 SYN=1，ACK=1。
• 终止 FIN ：用来释放一个连接，当 FIN=1 时，表示此报文段的发送方的数据已发送完毕，并要求释放连接。
• 窗口 ：窗口值作为接收方让发送方设置其发送窗口的依据。之所以要有这个限制，是因为接收方的数据缓存空间是有限的。

3. TCP 可靠传输

超时重传：TCP发送方在规定时间没有收到确认就要重传已发送的报文段。

超时重传的时间设置过短会导致很多不必要的报文段重传，过长又会导致网络空闲。

TCP 采用了自适应的算法 。

RTTS： 平滑的往返时间；RTT ：报文段的往返时间。

RTO：超时重传时间，RTTD：RTT 的偏差加权值。

4. 滑动窗口

窗口是缓存的一部分，用来暂时存放字节流。发送方和接收方各有一个窗口，接收方通过 TCP 报文段中的窗口字段告诉发送方自己的窗口大小，发送方根据这个值和其它信息设置自己的窗口大小。

发送窗口内的字节都允许被发送，接收窗口内的字节都允许被接收。如果发送窗口左部的字节已经发送并且收到了确认，那么就将发送窗口向右滑动一定距离，直到左部第一个字节不是已发送并且已确认的状态；接收窗口的滑动类似，接收窗口左部字节已经发送确认并交付主机，就向右滑动接收窗口。

接收窗口只会对窗口内最后一个按序到达的字节进行确认，例如接收窗口已经收到的字节为 {31, 34, 35}，其中 {31} 按序到达，而 {34, 35} 就不是，因此只对字节 31 进行确认。发送方得到一个字节的确认之后，就知道这个字节之前的所有字节都已经被接收。

如下所示，没有收到字节 31，但是收到32，33：

收到字节 31 之后，接受窗口向前滑动，给发送方发确认，发送窗口向前滑动，。

5. TCP 流量控制

流量控制是为了控制发送方发送速率，保证接收方来得及接收。

接收方发送的确认报文中的窗口字段可以用来控制发送方窗口大小，从而影响发送方的发送速率。将窗口字段设置为 0，则发送方不能发送数据。

问题：如果B向A发送了零窗口报文之后，B的接受缓存又有了一些空间后，又发送了 rwnd 为 400 （不为0）的报文段，该报文段丢失的话 B 会一直等待。

解决办法：收到 零窗口报文 的一方会有一个 持续计时器，在程序计时器的时间到了之后就发送一个零窗口报文，如果收到报文的窗口依然为0，那么收到报文的重新设置持续计数器。

6. TCP 拥塞控制

拥塞控制是为了防止过多数据注入到网络中，网络中的链路或路由器过载。

拥塞窗口：拥塞窗口的大小取决于网络的拥塞状态，发送方让自己的发送窗口等于拥塞窗口。

拥塞控制四种方法：慢开始、拥塞避免、快重传、快恢复。

判断网络拥塞的依据：出现了超时就拥塞。

慢开始：由小到大逐渐增大拥塞窗口：1个报文段，2个报文段，4个报文段 ... 

拥塞避免：缓慢增大 拥塞窗口：n个报文段，n+1个报文段，n+2个报文段 ... 

门限值 ssthresh ：到达门限值 慢开始 转为 拥塞避免，发生超时之后 门限值 ssthresh  =  拥塞窗口 / 2。

快重传：尽早知道 个别 报文段的丢失，不要等自己发数据包捎带确认，接受方需要立即发送重复确认（三次确认）。

快恢复：发送方接受到重复确认，就直接  门限值 ssthresh  =  拥塞窗口 / 2，开始拥塞避免。

参考文献：

• 计算机网络/谢希仁编著. ——7版 ——北京：电子工业出版社，2017.1
• 计算机网络 - 传输层.md