TCP概述
TCP（传输控制协议）是一种为了在不可靠的网络中提供可靠的端到端通信的协议。
TCP的特点：
(1)面向连接
(2)提供可靠的数据传输服务
(3)流量控制
(4)拥塞控制
(5)全双工通信
(6)面向字节流
TCP报文格式
| 字段 | 长度 | 说明 |
|---|---|---|
| 源端口 | 16bit | 标识哪个应用程序发送。 |
| 目的端口 | 16bit | 标识哪个应用程序接收。 |
| 序号 | 32bit | TCP链接中传输的数据流中每个字节都编上一个序号。序号字段的值指的是本报文段所发送的数据的第一个字节的序号。 |
| 确认号 | 32bit | 用来通知对方的TCP收到了哪些字节。只有ACK标识为1，此字段有效。(例如，A发给B的TCP数据报中序号字段位1，报文长度为40bit，那么B接到数据后会给A回复一个TCP报文，该报文的ack值为41，表示收到40bit的数据，期望下个报文的序号应该从41开始，即A下次发给B的TCP报文中seq的值应该为41。) |
| 数据偏移 | 4bit | 首部长度，指出TCP报文段的数据起始处距离TCP报文段的起始处有多远，以32比特（4字节）为计算单位。最多有60字节的首部，若无选项字段，正常为20字节。(可选项的长度最长为40字节) |
| 保留字段 | 6bit | 保留为今后使用，必须填0。 |
| UPG | 1bit | 紧急指针有效标识。它告诉系统此报文段中有紧急数据，应尽快传送（相当于高优先级的数据）。 |
| ACK | 1bit | 确认序号有效标识。只有当ACK=1时确认号字段才有效。当ACK=0时，确认号无效。 |
| PSH | 1bit | 标识接收方应该尽快将这个报文段交给应用层。接收到PSH = 1的TCP报文段，应尽快的交付接收应用进程，而不再等待整个缓存都填满了后再向上交付。 |
| RST | 1bit | 重建连接标识。当RST=1时，表明TCP连接中出现严重错误（如由于主机崩溃或其他原因），连接将被终止。 |
| SYN | 1bit | 同步序号标识，用来发起一个连接。SYN=1表示这是一个连接请求或连接接受请求。 |
| FIN | 1bit | |
| 窗口大小 | 16bit | TCP的流量控制，窗口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数。 |
| 校验和 | 16bit | 用来检验数据传输中的错误。 |
| 紧急指针 | 16bit | 只有当URG标志置1时紧急指针才有效。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。紧急指针指出在本报文段中紧急数据共有多少个字节。 |
| 可选项 | 可变 | TCP协议最初只规定了一种选项，即最长报文段长度（数据字段加上TCP首部），又称为MSS。MSS告诉对方TCP“我的缓存所能接收的报文段的数据字段的最大长度是MSS个字节”。新的RFC规定有以下几种选型：选项表结束，无操作，最大报文段长度，窗口扩大因子，时间戳。 |
| 填充项 | 可变 | 用来补位，使整个首部长度是4字节的整数倍。 |
| 应用层数据 | 可变 | 应用层的数据 |
TCP三次握手
在为应用进程传输数据之前，TCP首先要为这两个应用进程建立TCP连接，创建连接成功后才能继续数据传输，建立连接的过程称为“三次握手”。
第一次握手：
由客户端先发起，这个报文段只有TCP首部，没有封装应用层的数据（因为连接还没有建立，不能传输数据）。报文中的标志位SYN为1，表示客户端请求和服务端建立连接。序号seq是表示将要发送数据的字节起始编号，编号是随机，上面用x表示。
第二次握手：
服务端接收到客户端发起的TCP请求后，做为回应，会发送一个TCP报文给客户端。报文中的标志位SYN为1，表示服务端接受客户端发起的请求；标志位ACK为1，使确认号ack生效；序号seq为y，表示服务端将发送的数据的字节起始编号为y（同第一次握手的seq一样的原理）；确认号ack为x+1，表示收到客户端上一个TCP报文，期望客户端下次发送序号seq为x+1的报文。
第三次握手：
客户端收到服务端的响应后，需要再发一个TCP报文给服务端。报文中不用再标记SYN，标志位ACK为1，使确认号ack生效；序号seq为x+1（第二次握手的时候服务端回应的报文中，期望下次发的数据的序号为x+1）；确认号ack为y+1，表示收到服务端上一个TCP报文，期望客户端下次发送序号seq为y+1的报文（同第二次握手的报文中的ack一样）。
下面模拟客户端（192.168.1.1：61425）与服务端（192.168.1.2：80）建立TCP连接的三次握手过程，进行抓包分析。
第一次握手报文：
客户端（IP：192.168.1.1，端口：61425）向服务端（IP：192.168.1.2，端口：80）发起请求，SYN为1（请求连接），seq为0。
第二次握手报文：
服务端收到客户端的请求后，服务端（IP：192.168.1.2，端口：80）向客户端（IP：192.168.1.1，端口：61425）回应一个TCP报文，SYN为1（接受连接请求），ACK标志位为1（使能ack确认号），seq为0，ack确认号为1（第一次握手的seq值+1，即0+1，表示收到客户端的TCP报文，期望客户端下一个发送的TCP报文的起始序号为1）。
第三次握手报文：
客户端收到服务端的响应后，再次向服务端（IP：192.168.1.2，端口：80）发送一个TCP报文，TCP报文的标志位ACK为1（使能ack确认号），seq为1（第二次握手中ack的值，服务端所期望的报文起始序号），ack确认号为1（第二次握手的seq值+1，即0+1，表示收到服务端的TCP报文，期望访问端下一个发送的TCP报文的起始序号为1）。
经过三次握手后，TCP连接建立成功，两个应用进程之间可以互相发送数据。
当然，并不是每一次握手都能成功。如果服务端没有监听客户端所要连接的端口，则会建立连接失败，当服务端收到客户端的TCP请求报文，请求连接的端口没有相应的服务监听，则服务端会向客户端回应一个TCP报文，TCP报文中的RST标志位为1，告诉客户端连接无法建立。下面模拟TCP建立失败的过程。
服务端回应客户端TCP报文，RST标志位为1，建立连接失败。
TCP四次挥手
两个应用进程之间的数据传输完毕后，就要关闭它们之间的连接。TCP断开连接的过程需要四步，称为四次挥手。
第一次挥手：
当客户端应用进程关闭时（例如关闭网页），客户端会向服务端发出一个TCP报文，TCP报文中标志位FIN为1，表示告诉服务端：我的数据都传输完毕了，我要关闭连接了。
第二次挥手：
服务端收到客户端的TCP报文后，会通知服务进程，同时回应一个TCP报文，TCP报文中ACK标志位为1，表示收到客户端的TCP报文。到这里，从客户端到服务端的连接就释放了（TCP是双向通信的，从客户端到服务端方向的连接释放了，但是服务端到客户端方向的连接还没释放）。此时TCP连接处于半关闭状态。
第三次挥手：
TCP连接处于半关闭状态，所以服务端也要释放到客户端的连接，于是，服务端就发送一个TCP报文，TCP报文中标志位FIN为1，告诉客户端关闭连接。（由于客户端请求关闭后就再无发送数据到服务端，所以服务端发送的TCP报文中ack确认号还是第二次挥手中的ack确认号）
第四次挥手：
客户端收到服务端的TCP报文后，通知客户端的应用进程，同时向服务端发送一个TCP报文。此时连接就全部关闭了。双方的TCP都会释放掉这个连接所占用的全部资源。
TCP数据的可靠性传输
TCP建立连接后，两个应用进程之间就可以互相发送数据，应用层将应用数据交给传输层TCP，TCP在应用数据前面添加上TCP首部，形成TCP报文，然后再交给网络层，TCP报文被封装成IP报文发送到目的主机。
在传输的过程中可能会遇到问题：
(1)数据丢失：
因为IP协议是采用非连接的传输方式，它是尽力而为的，尽可能的把数据发到对方，但不能保证对方能够完整的收到自己发送的数据。如果IP报文丢失，那么封装在里面的TCP报文也会丢失。
(2)数据乱序：
IP也不能保证数据的顺序到达，先发送的数据可能会后到，导致TCP报文乱序。
(3)数据重复：
TCP发出数据后，就会等待对方的确认，如果规定时间内没有收到对方的确认，就会认为对方没有收到数据，然后重新发送一遍数据。如果对方已经收到数据，但是对方发送的确认报文中途丢失了，那么TCP收不到确认，就会重新发送数据，这样对方就收到重复的数据。
为了解决这些问题，为应用层提供可靠的传输服务，TCP采取以下的办法：
(1)对发送的数据的字节进行编号：
TCP把应用层数据的每一个字节进行编号，起始编号在建立连接的时候会随机生成，并且在第一次握手的报文中告诉对方（上面的第一次握手有讲到）。
(2)对接收到的数据进行确认：
接受到数据后，会给对方回复，确认已经收到数据。例如，A给B发送数据，数据的起始编号为x，
数据长度为y；B接收到数据后，会给A回复确认，确认报文中的确认号（ACK）为x+y，表示收到编号x到y的数据，期望A下次发送数据的起始编号为x+y（参考第二次握手）。TCP确认是累积确认的，后面的确认会包含前面的确认。
(3)设定重传定时器：
如果发送的数据在中途丢失了，发送方就会一直等待接收方的确认报文，可是接收方未接收到数据，不会回复确认报文，那么双方就会一直等待下去。因此发送方在发送数据后，就会启动一个定时器，时间到了还没收到对方的确认，那就认为数据在中途丢失了，会重新发送一遍数据给对方，然后重置定时器。
对于上面传输过程可能遇到的问题，我尝试了模拟这些情况，但是模拟不出来，所以我简单画了示意图：
（1）TCP报文丢失，定时重传机制：
还有一些笔记没做完整，后面再补全。