TCP

接收方驱动

面向连接的运输层协议。在不可靠 IP 网络的基础上进行可靠传输，提供可靠交付的服务。
每一条 TCP 连接只能有两个端点，点对点的全双工通信

不支持广播、多播服务，开销较大、效率低（建立有序的东西要花费代价）
TCP 报文
网络带宽的增长永远跟不上业务的需求
网络的拥塞问题

面向字节流：虽然应用程序和 TCP 一次交互一个数据块，但交互的数据仅看作无结构的字节流（可以任意断开组合）
流：流入流出进程的字节序列

不关心应用程序一次把多长的报文发送到 TCP 缓存
根据窗口值和网络拥塞程度来决定一个报文应该包含多少字节，形成 TCP 报文

TCP 的连接

将连接作为最基本的抽象
套接字Socket = （IP 地址：端口号）
锁定互联网中特定主机的特定进程
Socket

TCP连接 ::= {socket1,socket2}={(IP1,port1),(IP2,port2)}

实际用户编程使用五元组描述
TCP连接 ::= {socket1,socket2}={(IP1,port1),(IP2,port2),protocol}
protocol 可选：UDP、TCP

TCP 报文首部

$2^{4Byte}=2^{32}=4G$
最大传输大于 4GB
序号：随机数开始到
确认号：期望收到的对方的下一个报文段的第一个数据字节的序号（可有效实现累积确认）
确认号为 N，则暗含已正确收到前N-1 个数据

假设收到 1-999，1000-1999，2000-2999
则接收方发送确认：请发送第3000 位的报文（暗含接收到之前的所有数据）

控制位

每一位都为 1bite
ACK：置为 1 表示确认号有效（一般不单独发送，和数据合并在一起，在通信中确认是否“确认有效”）
SYN：SYN为 1 时表示连接请求（ACK=0）或连接接受（ACK=1）
FIN：结束位，为 1 时，释放连接

窗口

明确允许对方发送数据的量，窗口的值保持动态变化

TCP 可靠传输实现

以字节为单位
流水线传输、滑动窗口、可靠传输

可靠传输

发送窗口
接受窗口

超时重传时间（TCP 最复杂的问题之一）

加权平均往返时间

实际应用

WWW、SMTP、FIP

Transmission Control Protocol 传输控制协议（TCP）

面向连接的可靠传输协议，提供端到端的字节流通信服务

基本定义

TCP 是工作在传输层的核心协议，主要特征包括：

一、连接管理机制

1. 三次握手建立连接
   • SYN=1, Seq=x → SYN-ACK=1, Seq=y, Ack=x+1 → ACK=1, Ack=y+1
   • 解决历史连接问题和初始序列号同步
2. 四次挥手终止连接
   • FIN=1 → ACK=1 → FIN=1 → ACK=1
   • 确保双方数据传输完全终止

二、可靠传输保障

三、拥塞控制算法

1. 慢启动阶段：窗口大小按指数增长$$W_{new}=W_{old}+\lfloor \frac{W_{old}}{k}\rfloor (k=2)$$
2. 拥塞避免阶段：窗口线性增长$$W_{new}=W_{old}+\frac{1}{W_{old}}$$
3. 快速重传/快速恢复：收到 3 个重复 ACK 时触发$$W_{threshold}=max(\frac{W_{current}}{2},2)$$

实际应用

1. 网页浏览：HTTP/HTTPS 基于 TCP 传输
2. 文件传输：FTP 协议使用 TCP 保证文件完整性
3. 邮件系统：SMTP/POP3 依赖 TCP 可靠性
4. 远程登录：SSH/Telnet 通过 TCP 保持会话

代码实现（Python Socket 示例）

# TCP服务端
import socket
server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
server.bind(('0.0.0.0', 8080))
server.listen(5)
while True:
    client, addr = server.accept()
    data = client.recv(1024)
    client.send(b'HTTP/1.1 200 OK\r\n\r\nHello TCP!')
    client.close()

# TCP客户端
client = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
client.connect(('127.0.0.1', 8080))
client.send(b'GET / HTTP/1.1\r\nHost: localhost\r\n\r\n')
print(client.recv(1024).decode())
client.close()