TCP详解 Part 1 Operations（RFC笔记）

As noted above, the primary purpose of the TCP is to provide reliable, securable logical circuit or connection service between pairs of processes. To provide this service on top of a less reliable internet communication system requires facilities in the following areas:

• Basic Data Transfer
• Reliability
• Flow Control
• Multiplexing
• Connections
• Precedence and Security

这几个点是TCP设计的时候的核心要素，可以说TCP协议就是围绕着这几个问题来设计的。

• Basic Data Transfer

关于如何做Basic Data Transfer， TCP这里采用的是把TCP做成 a continuous stream of octets（字节），当然由于底层协议的限制，TCP不能直接一个字节一个字节的发送，这个stream是通过把一定的字节包装成segment 来完成的。

值得注意的是，TCP协议是由自身来控制什么时候传输接受的，这在socket编程里体现为你发送方调用了好几个send，我接收方一个recv就可能把消息全部收到了。这是因为发送方前面几个send的数据并没有发送出去，而是挤压在tcp的window里一起送。也就是所谓的 “粘包问题”。严谨一点的话粘包问题不是存在于TCP层，而是应用层设计的问题，设计者把TCP这种stream协议当成datagram协议来用。

但是有些时候你必须确定自己某些包通过tcp送出去了。 TCP还针对这种情况提供了一个push功能。

• Reliability

TCP协议设计的标准就是要足够可靠，要保证segment 在损坏，丢失，重复三种情况下都足够可靠。

如果segment在传送的过程中损坏了，那么TCP提供了一个checksum机制来保证segment能被检测出来是不完整的，然后丢弃该segment进行重传。

TCP给每个segment都打上了一个32位的seq号，这个seq初始值随机，每传输一个字节，下一个seq号就增加一，seq号可以用来分辨一个segment是否重复传送 了。TCP同时还要求接收方在接收了一次之后要返回一个ACK给传送方，如果在一定时间内没有返回一个ACK，那么传送方就当作这个包已经丢失。由此解决包的丢失问题。

• Flow Control

TCP提供了一个 让接收方能够控制传送方的传送速率的方法。

This is achieved by returning a "window" with every ACK indicating a range of acceptable sequence numbers beyond the last segment successfully received.

TCP的拥塞控制在此之外还有不少的更新，具体的方法接下来会单独写文章阐述，就不在这里展开。

• Multiplexing

一个台Host上可能会有多个应用想要使用TCP连接，但一个TCP连接会被（发送方IP，接收方IP）唯一确定。也就是说每个应用都会拿到同一个TCP连接，而TCP连接是有状态的，多个应用使用一个连接，这显然是不可接受的，TCP协议无法被复用。

为了解决这个问题，TCP引入了端口的概念，通过（发送方IP：端口，接收方IP：端口）这样来确定一个TCP连接，这样一来每个应用就都有自己本身的TCP连接了。

• Connection

如同上文提到，TCP协议使用的时候要维护一些关于本身的变量，比如checksum等，接收方还要提供一个"window"，所以TCP一次连接可以看作一个有状态的Connection。

TCP在使用之前必须要先建立连接，使用完后要terminate or close连接。这里两个词意义不一样，terminate表示双方面的close，而close指一方调用close，无论如何，只要有一方调用，那么这个connection已经不存在了。

在建立连接之前TCP还引入了一个shakehand机制来避免Connection不正常的建立，这也就是我们常说的三次握手。要注意的是，这里的三次握手使用的seq不是每传一个字节就+1的seq号，三次握手的seq的含义和正常TCP connection的seq含义不一样，是clock-based。

• Precedence and Security

TCP提供优先级选项。