TCP：Transmission Control Protocol 传输控制协议，TCP是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的运输层通信协议。


一、TCP协议的特点：

1．面向连接的传输；（最大的特点，即TCP通讯前需要通过三次握手建立连接）
2．端到端的通信；（头部中的源端口和目的端口）
3．高可靠性，确保传输数据的正确性，不出现丢失或乱序；（差错控制机制和拥塞控制几种）
4．全双工方式传输；（在同一时间内，数据可以双向传输）
5．采用字节流方式，即以字节为单位传输字节序列；

6．紧急数据传送功能。（通过头部中的的控制位中的URG和16bit的紧急指针位控制）


二、TCP的头部结构：

TCP共有20字节的固定头部

16bit：源端口号

16bit：目的端口号

32bit：序列号

32bit：确认号

4bit： 头部大小

6bit：保留字段

6bit：控制字段

   fin:1, 用于关闭TCP连接
   syn:1, 同步序号
   rst:1, 重建连接
   psh:1, 推送功能，接收方应该尽快将这个报文段交给应用层
   ack:1, 期待下一次接受对方发过来的数据包的序列号

   urg:1, 紧急指针有效

16bit：窗口大小

16bit：检验和

16bit：紧急指针


三、TCP协议的实现原理

TCP是面向连接的，故要利用TCP协议传输数据，需要首先建立连接，数据传输完后关闭连接。


1>以下是3次挥手建立连接的过程:


1.首先客户端发送一个初始化随机序列号和SYN位为1的数据包给服务器端，注意如果该数据包只包含TCP头部，不包含数据的话。那么数据包的大小默认为1.


2.服务器端接受到客户端发送的数据包后，随机生成一个序列号，并且将ACK=上次接受的序列号+1。

发回一个SYN+ACK，完成第二次握手。不含数据时，数据包的大小为1.


3.客户端接受到服务器端的数据包后，发回一个ACK+序列号数据包，连接建立，如果不包含数据，那么默认数据包是不占大小的。


2>4次挥手关闭连接：


1.客户端在发送完数据之后，发送一个FIN数据包，请求服务器端关闭连接。数据包占一个序列号。

2.服务器端在接受FIN之后，通知进程关闭连接，并且发回一个ACK数据包，客户端接收到ACK数据包。处于半连接状态。

3.服务器端连接关闭，发送一个FIN数据包，数据包大小占一个序列号。

4.客户端接受到FIN数据包后，发回一个ACK确认包。


3>差错控制：



4>拥塞控制：

   TCP提供拥塞控制功能，这是无连接的UDP协议所不具备的，TCP通过控制拥塞窗口的大小来实现拥塞控制。主要的一些机制有慢启动，拥塞避免，快速恢复。


拥塞窗口：拥塞窗口的大小决定了发送端一次可以发送多少TCP数据包。


1.慢启动：拥塞窗口初始大小为1，然后每当从对方收到一个ACK确认包，拥塞窗口大小加1，这样1变2,2变成4，拥塞窗口的大小成指数级增长。当增长到一个阈值时，进入拥塞避免状态。如果期间碰到超时现象，阈值变成当前窗口大小的一半，然后重启慢启动。


2.拥塞避免：当拥塞窗口大于阈值时，便停止慢启动，进入增性加乘性减阶段。即每接收到一个数据包拥塞窗口增加 1/拥塞窗口的大小，即线性增长。如果碰到3次重复ACK那么进入快速恢复状态。如果超时重启慢启动过程。


3.快速恢复：

   1.当收到3个重复ACK时，把ssthresh设置为cwnd的一半，把cwnd设置为ssthresh的值加3，然后重传丢失的报文段，加3的原因是因为收到3个重复的ACK，表明有3个“老”的数据包离开了网络。
   2.再收到重复的ACK时，拥塞窗口增加1。
   3.当收到新的数据包的ACK时，把cwnd设置为第一步中的ssthresh的值。原因是因为该ACK确认了新的数据，说明从重复ACK时的数据都已收到，该恢复过程已经结束，可以回到恢复之前的状态了，也即再次进入拥塞避免状态。