TCP
TCP协议位于传输层，传输层协议接收来自应用层协议的数据，封装上相应的传输层头部，帮助其建立"端到端"(Port to Port)的连接
传输层的PDU被称为Segment(段)
TCP的报文格式
TCP报文头部字段说明：
- Source Port：源端口，标识哪个应用程序发送
- Destination Port：目标端口，标识哪个应用程序接收
- Sequence Number：序列号，TCP连接中传输的数据流每个字段都编上一个序列号。序列号字段的值指的是本报文段所发送数据的第一个字节的序号
- Acknowledgment Number：确认序列号，是期望收到对方下一个报文段数据的第一个字段的序号，即上次已成功接收到的数据段的最后一个字节数据的序号加1
- Header Length：头部长度，指出TCP报文头部长度
- Reserved：保留，必须填0
- Control bits：控制位
- URG：紧急指针标志，为1时表示紧急指针有效
- ACK：确认序号标志，为1时表示确认号有效
- PSH：push标志，为1时表示带有push标志的数据，指示接收方在接收到该报文段以后，应尽快将这个报文段交给应用程序，而不是在缓冲区排队
- RST：重置连接标志，用于重置由于主机崩溃或其他原因而出现错误的连接。或者用于拒绝非法的报文段和拒绝连接请求
- SYN：同步序号，用于建立连接过程，在连接请求中，SYN=1和ACK=0表示该数据段没有使用捎带的确认域，而连接应带捎带一个确认，即SYN=1和ACK=1
- FIN：finish标志，用于释放连接，为1时表示发送方已经没有数据发送了，即关闭本方数据流
- Window：窗口TCP的流量控制，这个值表明当前接收端可接受的最大的数据总数
- Checksum：校验字段，是一个强制性字段，由发端计算和存储，并由收端进行验证。在计算校验和是，要包括TCP头部和TCP数据，同时在TCP报文段的前面加上12字节的伪头部
- Urgent：紧急指针，只有当URG标志为1时，紧急指针才有效。
- Options：选项字段(可选)
TCP端口号
- 客户端使用的源端口一般是随机分配，目标端口则由服务器的应用指定
- 端口号一般为系统中未使用的，且大于1023
- 目的端口号为服务端开启的应用(服务)所侦听的端口，如HTTP缺省使用80
TCP连接的建立 - 三次握手
TCP连接建立的详细过程：
- 由TCP连接放发起(图中PC1)，发送第一个SYN=1的TCP报文，初始序列号a为一个随机生成的数字，因为没收到过来自PC2的任何报文，所以确认号为0
- 接收方(图中PC2)接收到合法的SYN报文之后，回复一个SYN=1，ACK=1的TCP报文。初始序列号b为一个随机生成的数字，同时因为此报文的回复PC1的报文，所以确认序列号为a+1
- PC1接收到PC2发送的SYN=1和ACK=1的TCP报文后，回复一个ACK=1的报文，此时序列号为a+1，确认序列号为b+1。PC2收到后，TCP双向连接建立
TCP连接下报文的传输过程
TCP使用序列号和确认序列号字段实现数据的可靠和有序传输
PC1给PC2发送一段数据，传输过程：
- PC1将全部待TCP发送的数据按照字节为单位编上号。假设第一个字节的编号为"a+1"，第二个字节的序号为"a+2"，依次类推
- PC1会把每一段数据的第一个字节编号作为序列号，然后将TCP报文发送出去
- PC2在接收到PC1发送来的TCP报文后，需要给予确认同时请求下一段数据，如何确定一下段数据？序列号(a+1) + 载荷长度 = 下一段数据的第一个字节的序号(a+1+12)
- PC1在收到PC2发送的TCP报文之后，发现确认序列号为"a+1+12"，说明"a+1"到"a+12"这一段的数据已经被接受，需要从"a+1+12"开始发送
为了提升发送效率，也可以一次性发送多段数据，由接收方同一确认
TCP的窗口滑动机制
TCP通过滑动窗口机制来控制数据的传输速率
- 在TCP三次握手建立连接时，双方都会通过Window字段告诉对方本端最大能够接受的字节数(也就是缓冲区大小)
- 连接建立成功之后，发送方会根据接收方宣告的Window大小发送相应字节数的数据
- 接收方接收到数据之后会放在缓冲区内，等待上层应用来取走缓冲区的数据。若数据被上层取走，则相应的缓冲空间被释放
- 接收方根据自身缓冲空间大小通告当前的可以接收的数据大小(window)
- 发送方根据接收方当前的Window大小发送相应的数据
TCP连接的关闭 - 四次挥手
当数据传输完成，TCP需要通过"四次挥手"机制断开TCP连接，释放系统资源
数据传输完毕后，两个方向的连接必须都关闭，具体过程：
- 由PC1发出一个FIN=1的不带数据的TCP报文
- PC2收到PC1发来的FIN=1的TCP报文后，会回复一个ACK=1的TCP报文
- 若PC2也没有需要发送的数据，则直接发送FIN=1的TCP报文。假设此时PC2还有数据要发送，那么当PC2发送完这些数据之后会发送一个FIN=1的TCP报文去关闭连接
- PC1收到FIN=1的TCP报文，回复ACK报文，TCP双向连接断开
