前言
前面复习了一遍五层网络模型及一些相关的协议，了解了网络通信的大致样子
网络通信协议（1）网络通信接下来就了解一下TCP协议
目录
TCP协议
传输控制协议（TCP，Transmission Control Protocol）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议
TCP协议的主要功能是完成对数据报的确认、流量控制和网络拥塞；自动检测数据报，并提供错误重发的功能；将多条路径传送的数据报按照原来的顺序进行排列，并对重复数据进行择取；控制超时重发，自动调整超时值；提供自动恢复丢失数据的功能
TCP/IP协议族的一些历史：
技术往事：改变世界的TCP/IP协议
互联网的快速发展基本是基于TCP/IP协议族
2015世界互联网连接图（基于真实的世界互联网真实路由节点绘制出来的）：
SEQ、ACK
TCP数据包放在IP数据里，IP数据包又放在以太网数据帧中
TCP传输实体接受本地进程的用户数据流，将它们分割成不超过64KB（帧1522字节，其中标头22字节，IP标头最少20字节，TCP标头最少20字节，最后DATA段最多1460字节，实际还要少）
对于用户程序发送的数据流，通常超过1460字节，即要切割成段，分不同的数据帧传送，就需要编号Seq
SEQ
TCP 数据包的编号（SEQ）：第一个包的编号SEQ是随机的，后面的编号是 编号+负载长度
每个数据包都包含本包的编号及下一个数据包的编号
当前包编号为45943，下一个包编号为46183，可知包的负载为240字节
当对方接受了TCP数据包，操作系统就会根据Seq组装，传输层仅负责组装，文件的信息由应用层规定，例HTTP协议的Content-Length规定信息的大小，组装好数据包就发送给应用程序，TCP数据包中有端口参数（port），交给指定程序
ACK（acknowledgement）：确认消息
现实中常说的丢包就是传输层的事
服务器发送的数据包常因为速度问题、线路问题导致丢包
最理想的状态是，在线路允许的情况下，达到最高速率，为了测出这个速率，在启动后需要慢慢的探测，TCP 协议为了做到效率与可靠性的统一，设计了一个慢启动（slow start）机制
慢启动：开始的时候，发送得较慢，然后根据丢包的情况，调整速率：如果不丢包，就加快发送速度；如果丢包，就降低发送速度
Client与Server通信：
ACK 携带两个信息：
- 期待要收到下一个数据包的编号
- 接收方的接收窗口的剩余容量
Client每次发送信息：Seq Num数据包编号，Length数据包大小
Server发送确认信息：Ack Num期待下一个包的编号，Window接收窗口大小
TCP是全双工信道，可能收发信息是同时的，ACK只是几个简单字段，通常和数据放一起
1：左机发送编号为1，长度为100比特的数据包，并请求编号为1的数据包
2：右机接收消息，发送编号为1长度为200比特的数据包，并请求编号为101的数据包
。。。
重传机制
TCP是可靠的通信，有自己的处理丢包的机制：重传机制
超时重传机制
超时时间计算是开启定时器的设定时间，从而保证网络资源利用率，避免因定时器的时间（RTO-Retransmission TimeOut）不确定而影响网络传输效率
每当发送一个数据包时，就启动一个定时器， 而定时器溢出了，发送方还没接收到接收方返回的ACK时，确定重传
Seq与ACK是以字节为单位，即需要连续的包，如果中间丢了包，接收方就会重复发出丢包的ACK请求
缺陷：
接收方会死等数据包11，对于后面接收的包即使收到了，发送方也可能无法确认，导致超过RTO即会重复的发送包(而等待RTO的时间也会浪费)
快速重传机制
因为超时重传机制的缺陷，TCP引进了Fast Retransmit 的算法，不以时间驱动，而以数据驱动重传，即快速重传机制
快速重传机制是发送方在接收端的反馈信息后引发重传，而不是定时器超时重传。快速重传机制要求当接收到失序报文段时，TCP需要立即生成确认信息（重复ACK），并且失序情况表明在后续数据到达前出现了丢包，发送端的工作即为尽快填补丢包带来的数据段空缺
与超时重传的区别在与没有了RTO，接收到丢包信息就立刻重传，但和超时重传一样，可能会出现不知道后续的包接收端有没有接收到（实际上有些TCP确实会重新发送后面的包）
SACK选项
Selective Acknowledgment (SACK)，在TCP头里加一个SACK，ACK还是Fast Retransmit的ACK，SACK则是汇报收到的数据碎版
这样发送端就知道哪些数据到了哪些没到
对于SACK的使用：
TCP 选择性应答的性能权衡
三次握手
TCP为了准确的将数据包传送到目的地，TCP协议采用三次握手策略建立连接三次握手：
- Client发送SYN（Seq=x）连接请求给服务器，进入SYN_SEND状态
- Server接收到SYN数据包，回应一个SYN（Seq=y）、ACK（ACK=x+1）数据包，进入SYN_RECV状态
- Client接收到SYN数据包，回应ACK（ACK=y+1）数据包，然后就可以传数据了
三次握手连接策略可以防止很多错误连接
四次挥手
终止连接需要四次挥手，由TCP的半关闭（half-close）造成的
（1） Client首先调用close，称该端执行“主动关闭”（active close）。该端的TCP于是发送一个FIN分节，表示数据发送完毕，Client进入FIN_WAIT_1状态
（2） Server接收到这个FIN数据包，对端执行 “被动关闭”（passive close），这个FIN由TCP确认。Server收到FIN后，发送一个ACK给Client，确认序号为收到序号+1（与SYN相同，一个FIN占用一个序号），Server进入CLOSE_WAIT状态
注意：FIN的接收也作为一个文件结束符（end-of-file）传递给接收端应用进程，放在已排队等候该应用进程接收的任何其他数据之后，因为，FIN的接收意味着接收端应用进程在相应连接上再无额外数据可接收。
（3） 接收到这个文件结束符的应用进程将调用close关闭它的套接字，Server发送一个FIN，用来关闭Server到Client的数据传送，Server进入LAST_ACK状态。
（4） Client收到FIN后，Client进入TIME_WAIT状态，接着发送一个ACK给Server，确认序号为收到序号+1，Server进入CLOSED状态，完成四次挥手
当然，Client或者Server都可以主动提出关闭连接
总结
- TCP协议是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议，现代互联网的发展就是基于TCP/IP协议族发展起来的
- 数据帧最多只留了1480字节给TCP协议，TCP协议发送需要分段
- Seq是TCP数据包的编号，ACK是确认信息，ACK中包含期待的数据编号和自己的窗口宽度
- TCP协议基于慢启动，启动时需要测试最佳传输速率
- TCP的可靠性，存在丢包的处理机制：超时重传机制、快速重传机制，SACK选项加强快速重传机制
- TCP三次握手创建连接，四次挥手终止连接