什么是传输控制协议 (TCP)？

TCP 代表传输控制协议 (Transmission Control Protocol)。它是一种传输层协议，用于促进数据包从源头到目的地的传输。它是一种面向连接的协议，这意味着在网络中的计算设备之间进行通信之前，它会先建立连接。该协议与 IP 协议一起使用，因此它们合称为 TCP/IP。

TCP 的主要功能是从应用层获取数据。然后，它将数据分成若干个数据包，为这些数据包编号，最后将这些数据包传输到目的地。在另一端，TCP 将重新组装数据包，并将它们传输到应用层。正如我们所知，TCP 是一种面向连接的协议，因此在发送方和接收方之间的通信完成之前，连接将一直保持建立状态。

TCP 协议的特点

以下是 TCP 协议的特点：

• 传输层协议

TCP 是一种传输层协议，因为它用于将数据从发送方传输到接收方。

• 可靠

TCP 是一种可靠的协议，因为它遵循流量控制和错误控制机制。它还支持确认机制，用于检查数据的状态和是否完好到达。在确认机制中，接收方向发送方发送肯定或否定确认，以便发送方可以知道数据包是否已收到或需要重发。

• 保持数据顺序

该协议确保数据以发送时的相同顺序到达预定接收方。它对每个分段进行排序和编号，以便目标端的 TCP 层可以根据它们的顺序重新组装它们。

• 面向连接

它是一种面向连接的服务，这意味着数据交换仅在连接建立后发生。当数据传输完成后，连接将被终止。

• 全双工

它是全双工的，意味着数据可以同时在两个方向上传输。

• 面向流

TCP 是一种面向流的协议，因为它允许发送方以字节流的形式发送数据，也允许接收方以字节流的形式接收数据。TCP 创建了一个环境，其中发送方和接收方通过一个称为虚拟电路的虚构管道连接。这个虚拟电路在互联网上传输字节流。

传输控制协议的需求

在网络模型的分层架构中，整个任务被分解为更小的任务。每个任务都分配给一个特定的层来处理。在 TCP/IP 模型中，有五个层次：应用层、传输层、网络层、数据链路层和物理层。传输层在为应用程序进程提供端到端通信方面扮演着关键角色。它创建了 65,000 个端口，以便可以同时访问多个应用程序。它从上层获取数据，将其分成更小的数据包，然后传输到网络层。

TCP 的工作原理

在 TCP 中，连接是通过三次握手建立的。客户端发送带有其序列号的段。服务器作为回应，发送带有其自己的序列号以及确认序列号的段，确认序列号比客户端序列号大一。当客户端收到其段的确认后，它会向服务器发送确认。通过这种方式，客户端和服务器之间建立了连接。

TCP 的优点

• 它提供面向连接的可靠服务，这意味着它保证数据包的交付。如果数据包在网络中丢失，TCP 将重发丢失的数据包。
• 它使用滑动窗口协议提供流量控制机制。
• 它通过使用校验和提供错误检测，并通过使用“返回 N 帧” (Go Back N) 或 ARQ 协议提供错误控制。
• 它通过使用网络拥塞避免算法来消除拥塞，该算法包括多种方案，如加性增/乘性减 (AIMD)、慢启动和拥塞窗口。

TCP 的缺点

它增加了大量的开销，因为每个段都有自己的 TCP 头部，所以路由器的分片会增加开销。

TCP 头部格式

• 源端口 (Source port): 它定义了发送数据的应用程序的端口。因此，该字段包含 16 位的源端口地址。
• 目的端口 (Destination port): 它定义了接收端应用程序的端口。因此，该字段包含 16 位的目的端口地址。
• 序列号 (Sequence number): 该字段包含特定会话中数据字节的序列号。
• 确认号 (Acknowledgment number): 当 ACK 标志位被设置时，该字段包含下一个数据字节的序列号，并作为对先前接收数据的确认。例如，如果接收方收到了序列号为 'x' 的段，它会响应 'x+1' 作为确认号。
• 头部长度 (HLEN): 它指定了头部的长度，以 4 字节为单位。头部的大小在 20 到 60 字节之间。因此，该字段的值将在 5 到 15 之间。
• 保留 (Reserved): 这是一个 4 位的字段，为将来使用而保留，默认情况下全设置为零。
• 标志
  有六个控制位或标志位
  1. URG: 它代表紧急指针。如果设置为 1，则数据将被紧急处理。
  2. ACK: 如果 ACK 设置为 0，则表示数据包不包含确认。
  3. PSH: 如果该字段被设置，它会请求接收设备将数据推送到接收应用程序，而无需缓冲。
  4. RST: 如果设置了该位，则请求重新启动连接。
  5. SYN: 它用于在主机之间建立连接。
  6. FIN: 它用于释放连接，之后将不再进行数据交换。

• 窗口大小
  这是一个 16 位的字段。它包含接收方可以接受的数据大小。该字段用于发送方和接收方之间的流量控制，并确定接收方为段分配的缓冲区大小。该字段的值由接收方确定。
• 校验和
  这是一个 16 位的字段。该字段在 UDP 中是可选的，但在 TCP/IP 中是强制性的。
• 紧急指针 (Urgent pointer)
  如果 URG 标志位设置为 1，这是一个指向紧急数据字节的指针。它定义了一个值，该值将与序列号相加，以获得最后一个紧急字节的序列号。
• 选项
  它提供额外的选项。可选字段以 32 位表示。如果该字段包含的数据少于 32 位，则需要填充以补足剩余的位。