TCP的服务

概述

TCP提供一种面向连接的、可靠的字节流服务。
面向连接意味着两个使用TCP的应用（通常是一个客户和一个服务器）在彼此交换数据之前必须先建立一个TCP连接。
在一个TCP连接中，仅有两方进行彼此通信。广播和多播不能用于TCP。

TCP通过下列方式来提供可靠性

应用数据被分割成TCP认为最适合发送的数据块。
当TCP发出一个报文段后，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（通常200ms）。
TCP将保持它首部和数据的校验和。
既然TCP报文段作为IP数据报来传输，而IP数据报（ip层是不可靠的）的到达可能会失序，因此TCP报文段的到达也可能会失序。如果必要，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。
既然IP数据报会发生重复，TCP的接收端必须丢弃重复的数据。
TCP还能提供流量控制。TCP连接的每一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。这将防止较快主机致使较慢主机的缓冲区溢出。

TCP的字节流

两个应用程序通过TCP连接交换8bit字节构成的字节流。
TPC不在字节流中插入记录标识符。我们将这称为字节流服务（byte stream service）。如果一方的应用程序先传10字节，又传20字节，再传50字节，连接的另一方应用程序将无法了解（也无需了解）发方每次发送了多少字节。收方可以分四次接收这80字节，每次接收20字节。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。因为字节流没有任何记录标识，完全是需要的数据，所以收方无需感知发方经过多少次发送的。
另外，TCP对字节流的内容不做任何解释。TCP不知道传输的数据字节流是二进制数据，还是ASCII字符、EBCDIC字符或者其他类型数据。对字节流的解释由TCP连接双方的应用层解释。

TCP首部

在这里插入图片描述

每个TCP段都包含原端和目的端的端口号，用于寻找发端和收端应用进程。这两个值加上IP首部中原端ip地址和目的端的ip地址唯一确定一个TCP连接。
一个IP地址和一个端口号也称为一个插口（socket）。
序号用来标识从TCP发端向TCP收端发送的数据字节流，它标识在这个报文段中的第一个数据字节的序号。如果将字节流看做在两个应用程序间单向流动，则TCP用序号对每个字节进行计数。序号是32bit的无符号数，序号到达2的32次方减1后又从0开始。SYN标志消耗了一个序号、FIN也要消耗一个序号。
确认序号应当是上次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。
发送ACK无需占用任何序号，因为32bit的确认序号字段和ACK标志一样，总是TCP首部的一部分。因此，我们看到一旦一个连接建立起来，这个字段总是被设置，ACK标志也总是被设置为1.
TCP为应用层提供全双工服务。这意味数据能在两个方向上独立的进行传输。因此连接的每一端必须保持每个方向上的传输数据序号。
TCP可以表述为一个没有选择确认或否认的滑动窗口协议（滑动窗口协议用于数据传输）。我们说TCP缺少选择确认是因为TCP首部中的确认序号表示发方已成功收到字节，但还不包含确认序号所指的字节。当前还无法对数据流中选定的部分进行确认。例如，如果1~1024字节已经成功收到，下一报文段中包含序号从2049-3072的字节，收端并不能确认这个新的报文段。它所能做的就是发回一个确认序号为1025的ACK。它也无法对一个报文段进行否认。例如，如果收到包含1025-2048字段的报文段，但它的检验和错，TCP接收端所能做的就是返回一个确认序号1025的ACK。
首部长度给出首部中32bit字的数目（4byte * 15）。需要这个值是因为任选字段的长度是可变的。这个字段占4bit，因此TCP最多有60字节的首部。然而，没有任选字段，正常的长度是20字节。
在TCP首部中有6个标志比特。它们中的多个可同时被设置为1。
URG 紧急指针（urgent pointer）有效。
ACK 确认序号有效。
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。
TCP的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，这个值是接收方控制发送方可以连续发送未经确认的报文的数量。窗口大小是一个16bit字段，因而窗口大小最大为65535字节。
检验和覆盖整个的TCP报文段：TCP首部和TCP数据。这是一个强制性的字段，一定是由发端计算和存储，并由收端进行验证。TCP检验和的计算和UDP检验和的计算相似。
只有当URG标志置1时紧急指针才有效。紧急指针是一个正的偏移量，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紧急方式是发送端向另一端发送紧急数据的一种方式。
最常见的可选字段是最长报文大小，又称为MSS（Maximum Segment Size）。每个连接方通常都在通信的第一个报文段（为建立连接而设置SYN标志的那个段）中指明这个选项。它指明本段所能接收的最大长度的报文段。
TCP报文段中的数据部分是可选的。在一个连接建立和一个连接终止时，双方交换的报文段仅有TCP首部。如果一方没有数据要发送，也使用没有任何数据的首部来确认收到的数据。在处理超时的许多情况下，也会发送不带任何数据的报文段。