tcp 是網際網路核心協議之一，本文介紹它的基礎知識。
一、tcp 協議的作用
網際網路由一整套協議構成。tcp 只是其中的一層，有著自己的分工。
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（說明：tcp 是乙太網協議和 ip 協議的上層協議，也是應用層協議的下層協議。）
最底層的乙太網協議（ethernet）規定了電子訊號如何組成資料報（packet），解決了子網內部的點對點通訊。
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（說明：ip 協議可以連線多個區域網。）
ip 協議定義了一套自己的位址規則，稱為 ip 位址。它實現了路由功能，允許某個區域網的 a 主機，向另乙個區域網的 b 主機傳送訊息。
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（說明：路由器就是基於 ip 協議。區域網之間要靠路由器連線。）
路由的原理很簡單。市場上所有的路由器，背後都有很多網口，要接入多根網線。路由器內部有一張路由表，規定了 a 段 ip 位址走出口一，b 段位址走出口二，……通過這套」指路牌」，實現了資料報的**。
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說明：本機的路由表註明了不同 ip 目的地的資料報，要傳送到哪乙個網口（inte***ce）。）
ip 協議只是乙個位址協議，並不保證資料報的完整。如果路由器丟包（比如快取滿了，新進來的資料報就會丟失），就需要發現丟了哪乙個包，以及如何重新傳送這個包。這就要依靠 tcp 協議。
簡單說，tcp 協議的作用是，保證資料通訊的完整性和可靠性，防止丟包。
二、tcp 資料報的大小
乙太網資料報（packet）的大小是固定的，最初是1518位元組，後來增加到1522位元組。其中， 1500 位元組是負載（payload），22位元組是頭資訊（head）。
ip 資料報在乙太網資料報的負載裡面，它也有自己的頭資訊，最少需要20位元組，所以 ip 資料報的負載最多為1480位元組。
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（說明：ip 資料報在乙太網資料報裡面，tcp 資料報在 ip 資料報裡面。）
tcp 資料報在 ip 資料報的負載裡面。它的頭資訊最少也需要20位元組，因此 tcp 資料報的最大負載是 1480 - 20 = 1460 位元組。由於 ip 和 tcp 協議往往有額外的頭資訊，所以 tcp 負載實際為1400位元組左右。
因此，一條1500位元組的資訊需要兩個 tcp 資料報。http/2 協議的一大改進， 就是壓縮 http 協議的頭資訊，使得乙個 http 請求可以放在乙個 tcp 資料報裡面，而不是分成多個，這樣就提高了速度。
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（說明：乙太網資料報的負載是1500位元組，tcp 資料報的負載在1400位元組左右。）
三、tcp 資料報的編號（seq）
乙個包1400位元組，那麼一次性傳送大量資料，就必須分成多個包。比如，乙個 10mb 的檔案，需要傳送7100多個包。
傳送的時候，tcp 協議為每個包編號（sequence number，簡稱 seq），以便接收的一方按照順序還原。萬一發生丟包，也可以知道丟失的是哪乙個包。
第乙個包的編號是乙個隨機數。為了便於理解，這裡就把它稱為1號包。假定這個包的負載長度是100位元組，那麼可以推算出下乙個包的編號應該是101。這就是說，每個資料報都可以得到兩個編號：自身的編號，以及下乙個包的編號。接收方由此知道，應該按照什麼順序將它們還原成原始檔案。
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（說明：當前包的編號是45943，下乙個資料報的編號是46183，由此可知，這個包的負載是240位元組。）
四、tcp 資料報的組裝
收到 tcp 資料報以後，組裝還原是作業系統完成的。應用程式不會直接處理 tcp 資料報。
對於應用程式來說，不用關心資料通訊的細節。除非線路異常，收到的總是完整的資料。應用程式需要的資料放在 tcp 資料報裡面，有自己的格式（比如 http 協議）。
tcp 並沒有提供任何機制，表示原始檔案的大小，這由應用層的協議來規定。比如，http 協議就有乙個頭資訊content-length，表示資訊體的大小。對於作業系統來說，就是持續地接收 tcp 資料報，將它們按照順序組裝好，乙個包都不少。
作業系統不會去處理 tcp 資料報裡面的資料。一旦組裝好 tcp 資料報，就把它們轉交給應用程式。tcp 資料報裡面有乙個埠（port）引數，就是用來指定轉交給監聽該埠的應用程式。
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接收方的接收視窗的剩餘容量12
3傳送方有了這兩個資訊，再加上自己已經發出的資料報的最新編號，就會推測出接收方大概的接收速度，從而降低或增加傳送速率。這被稱為」傳送視窗」，這個視窗的大小是可變的。
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（說明：每個 ack 都帶有下乙個資料報的編號，以及接收視窗的剩餘容量。雙方都會傳送 ack。）
注意，由於 tcp 通訊是雙向的，所以雙方都需要傳送 ack。兩方的視窗大小，很可能是不一樣的。而且 ack 只是很簡單的幾個字段，通常與資料合併在乙個資料報裡面傳送。
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說明：上圖一共4次通訊。第一次通訊，a 主機發給b 主機的資料報編號是1，長度是100位元組，因此第二次通訊 b 主機的 ack 編號是 1 + 100 = 101，第三次通訊 a 主機的資料報編號也是 101。同理，第二次通訊 b 主機發給 a 主機的資料報編號是1，長度是200位元組，因此第三次通訊 a 主機的 ack 是201，第四次通訊 b 主機的資料報編號也是201。）
即使對於頻寬很大、線路很好的連線，tcp 也總是從10個資料報開始慢慢試，過了一段時間以後，才達到最高的傳輸速率。這就是 tcp 的慢啟動。
六、資料報的遺失處理
tcp 協議可以保證資料通訊的完整性，這是怎麼做到的？
前面說過，每乙個資料報都帶有下乙個資料報的編號。如果下乙個資料報沒有收到，那麼 ack 的編號就不會發生變化。
舉例來說，現在收到了4號包，但是沒有收到5號包。ack 就會記錄，期待收到5號包。過了一段時間，5號包收到了，那麼下一輪 ack 會更新編號。如果5號包還是沒收到，但是收到了6號包或7號包，那麼 ack 裡面的編號不會變化，總是顯示5號包。這會導致大量重複內容的 ack。
如果傳送方發現收到三個連續的重複 ack，或者超時了還沒有收到任何 ack，就會確認丟包，即5號包遺失了，從而再次傳送這個包。通過這種機制，tcp 保證了不會有資料報丟失。
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