TCP：传输控制协议

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声明：本系列文章参考《卷一》而成。博主也是原作者W·Richard Stevens的忠实粉丝。
由于博主整不到原文链接，所以只能先设置原创了。

TCP服务

尽管TCP和UDP都使用相同的网络层（I P），TCP却向应用层提供与UDP完全不同的服务。

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。这一过程与打电话很相似，先拨号振铃，等待对方摘机说“喂”，然后才说明是谁。

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。这和 UDP完全不同，应用程序产生的数据报长度将保持不变。由 TCP传递给IP的信息单位称为报文段或段（ s e g m e n t）

• 当TCP发出一个段后，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收到发自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。

• TCP将保持它首部和数据的检验和。这是一个端到端的检验和，目的是检测数据在传输过程中的任何变化。如果收到段的检验和有差错， TCP将丢弃这个报文段和不确认收到此报文段（希望发端超时并重发）。

• 既然TCP报文段作为IP数据报来传输，而 IP数据报的到达可能会失序，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。

两个应用程序通过TCP连接交换8 bit字节构成的字节流。TCP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,连接的另一方将无法了解发方每次发送了多少字节。收方可以分 4次接收这80个字节，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。
另外，TCP对字节流的内容不作任何解释。 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。

这种对字节流的处理方式与Unix操作系统对文件的处理方式很相似。 Unix的内核对一个应用读或写的内容不作任何解释，而是交给应用程序处理。对Unix的内核来说，它无法区分一个二进制文件与一个文本文件。

TCP首部

每个T C P段都包含源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I P首部中的源端I P地址和目的端I P地址唯一确定一个T C P连接。

有时，一个IP地址和一个端口号也称为一个插口（ socket）。这个术语出现在最早的 TCP规范（RFC793）中，后来它也作为表示伯克利版的编程接口。插口对（s o c k e t p a i r）(包含客户IP地址、客户端口号、服务器 I P地址和服务器端口号的四元组 )可唯一确定互联网络中每个TCP连接的双方。

序号用来标识从T C P发端向T C P收端发送的数据字节流，它表示在这个报文段中的的第一个数据字节。如果将字节流看作在两个应用程序间的单向流动，则 T C P用序号对每个字节进行计数。序号是32 bit的无符号数，序号到达23 2－1后又从0开始。

当建立一个新的连接时， SYN标志变1。序号字段包含由这个主机选择的该连接的初始序号I S N（Initial Sequence Number）。该主机要发送数据的第一个字节序号为这个 ISN加1，因为SYN标志消耗了一个序号。

既然每个传输的字节都被计数，确认序号包含发送确认的一端所期望收到的下一个序号。
因此，确认序号应当是上次已成功收到数据字节序号加 1。只有A C K标志（下面介绍）为 1时确认序号字段才有效。
发送A C K无需任何代价，因为 32 bit的确认序号字段和A C K标志一样，总是T C P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， A C K标志也总是被设置为1。

T C P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地进行传输。因此，连接的每一端必须保持每个方向上的传输数据序号。

T C P的流量控制由连接的每一端通过声明的窗口大小来提供（滑动窗口技术）。窗口大小为字节数，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。窗口大小是一个 16 bit字段，因而窗口大小最大为 6 5 5 3 5字节。

小结

TCP提供了一种可靠的面向连接的字节流运输层服务。我们简单地介绍了 T C P首部中的各
个字段，并在随后的几篇里详细讨论它们，请期待。
TCP将用户数据打包构成报文段；它发送数据后启动一个定时器；另一端对收到的数据进行确认，对失序的数据重新排序，丢弃重复数据； TCP提供端到端的流量控制，并计算和验证一个强制性的端到端检验和。
许多流行的应用程序如Telnet、Rlogin、FTP和SMTP都使用TCP。

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