TCP

TCP协议概述

TCP是面向连接的协议，在数据传输前，需要在发送方和接收方之间建立起专属的TCP连接。
TCP连接提供全双工服务，一旦A和B之间有了连接，那么数据可以从任一方到另一方。TCP是点对点的，也就是说只能有两台主机参与连接。
在连接建立时，客户向服务器发送第一段TCP报文段，服务器响应客户第二段TCP报文段，客户向服务器发送第三段TCP报文段。这个过程称为三次握手。
在连接建立后，双方要传输数据：
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TCP连接在主机的运输层上部署了发送缓存和接收缓存。当数据即将被发送出去时，它被存储到发送缓存中。发送方取出缓存中的一些数据。TCP一次取出的数据量受限于最大报文段长度，即在封装上运输层和网络层（TCP/IP）首部后不能大于最大链路层帧长度（最大传输单元）。

报文段结构

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源端口号，目的端口号
序号字段，确认号字段：用于实现可靠数据传输
首部长度字段：顾名思义，指出首部长度
标志字段：包括六个标志。ACK指明该报文是一个ACK报文；RST，SYN，FIN用于建立连接和拆除连接；PSH用于指示接收方立即将数据交给上层；URG指示报文中含有被接收方上层认为“紧急”的数据，这些数据的最后一个字节由16位的紧急数据指针字段。当有紧急数据并存在指向其尾部的指针时， TCP必须通知接收端上层实体
接收窗口字段：用于流量控制
检验和字段
选项字段：用于规定一些额外的其他东西
数据字段

序号、确认号

序号和确认号一起构成了可靠数据传输技术的一部分。TCP协议对待发送数据的每一个字节编号，当主机A发送一个报文时，序号是它发送的数据中第一个字节的编号；与之相对的，确认号是它期望另一方（设是主机B）在给它发送的数据报的序号：
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其中0，1000都是序号。
对于确认号，如果主机A收到来自B的包含序号为0的535个字节数据的，然后因为某些原因（可能是丢包）收到的下一个报文段序号是900，也就是说536-900这段数据是缺失的，为了填补这段空缺，主机A会在下一个发送的报文上设置确认号为536。这种机制称为累计确认机制。
另外，当主机A收到序号为536的报文段之前收到序号为900的报文段，即收到失序报文段，那么它有两种选择：丢弃失序报文段或将失序报文段缓存。实践中常采用后者。
另外，这种方式也可以代替ACK报文的功能。如果主机A向B发送了序号为42的报文，那么接下来当主机B向A发送的报文中确认号为42以后的序号，说明这段报文成功被接收；反之，如果确认号仍是42，说明这段报文未被成功接收。

超时问题

计算RTT

TCP也通过维护一个计时器来处理超时问题，但它对超时的时间量（RTT）处理有所不同。
TCP协议通过估计所有报文的RTT（抽调一个报文的样本RTT，即SampleRTT）来确定一个总的RTT（平均RTT，EstimatedRTT），在实践中，TCP每次为一个已发送但未确认的报文段测量SampleRTT。获得了一个新的SampleRTT后，TCP通过下面的加权运算来计算EstimatedRTT：
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其中通过控制α的值来控制旧的EstimatedRTT和新SampleRTT所占权值。α一般取0.125，则公式为：
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由于旧的EstimatedRTT也是通过SampleRTT确定的，因此越旧的SampleRTT的权值会越小。
我们也要计算RTT的变化（DevRTT），它反映了网络拥塞程度的波动。计算公式如下：

基本思路和EstimateRTT相同，只是将之前的偏差值和现在的偏差值进行了加权运算。

计算重传时间

我们通过计算出的RTT值来确定重传时间，保险起见，当EstimateRTT偏差过大时，就要将重传值设置的大一些。因此，计算重传时间TimeoutInterval的公式如下：
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初始重传时间设置为1秒，当未收到新的EstimateRTT时，每出现一次超时，该时间加倍以避免过早出现超时。当更新EstimateRTT时，重新利用该公式计算重传时间。

可靠数据传输

在上面讲的序号，确认号和重传技术的基础上，我们可以构建可靠数据传输技术。我们先给出可靠传输的阉割版。在这个版本中，TCP协议和重传的有关事件有三个：接收数据，超时事件，收到ACK。

接收数据：TCP接收数据并发送，如果这是第一个未被确认的报文段，则启动计时器。
超时：进行重传并重启计时器。
收到ACK：在TCP中，ACK字段可以随接收到报文的主机发送的带有数据的报文一起回送。由于TCP采用累计确认，收到ACK报文的主机可以直接将SendBase（第一个未被确认的报文的序号），移至ACK字段所指的序号。例如，如果主机A当前的SendBase是100，它收到了主机B带有确认号为300的报文，那么它确定从100到299字节的数据已经成功被接收，将SendBase移至300。

伪代码如下：
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另外，在每次重传后，TCP重启计时器并将重传时间加倍，但发生了超时之外的另两个事件时，重新用公式计算重传时间。
除了超时之外，TCP还可以使用冗余ACK技术检测丢包。由于TCP采用累积确认，因此当3个ACK字段都指向相同的序号时，TCP确认这个序号的报文段发生丢包。例如，如果主机A向B发送了序号为100,200,300的三个报文，但在从主机B回送的报文中超过三个都含有确认号为200的报文，因此可以确定200-299这些字节的报文发生了丢包，于是主机A重传200-299这些字节的报文。这个技术被称为快速重传技术，下面是伪代码：
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从累积确认的角度来看，TCP差错恢复机制类似于一个GBN协议；但从缓存失序报文段的角度来看，它又类似于一个SR协议，因此最好将其当做GBN和SR的混合体。
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