TCP服务模型

TCP作为传输层，向上为应用层提供服务，向下使用网络层的接口。

TCP提供了一种面向连接的，可靠的字节流服务。术语”面向连接的“是指使用TCP的两个应用程序必须通过交互来建立连接。

字节流的概念：TCP提供字节流的概念，TCP不在字节流中插入任何记录标志和消息边界，通俗的解释：发送者可能一次发送20字节，30字节，50字节，在它们的TCP连接中，将被视为一个完整的100字节流，接收者不知道发送者是以20字节，30字节，50字节发送的，所以接收者会按照自己的方式来读入数据，可能是40字节，20字节，40字节。

分组和报文段：TCP将字节流转换成一组IP可以携带的分组序列。每个分组包含序列号，这些序列号表示得是分组中的字节偏移。将字节流转换成分组序列的过程称为组包。

全双工：TCP的数据流是双向的。

ARQ和重传

通信媒介可能会丢失或者改变传递的消息，TCP设计的目标就是要提供一种可靠的传递数据的机制，因为底层的链路层协议和IP协议并不对此提供保证。TCP使用ARQ，即自动重复请求，当得知数据没有被正确接受时，发送方简单的“尝试重新发送”，直到信息被正确接收。

ACK

首先回忆一下，传输层传输的一个单元被称为一个分组，IP层被称为一个数据报，链路层被称为一个分组。

所以，在传输层作差错重传时，应该确定的是一个分组是否被正确接收：

分组被对方接收
分组无差错

接收方通过差错校验码确定分组是否正确，当确定接收后，向发送方发送一个ACK，表示该分组被正确接受。

停止和等待

基于ACK和重传，可以使用一种简单的停止等待的方法来保证数据的传输，即发送方每发送一个分组，就进入等待，直到WWW确认分组被接收者接收。

这种方法可以保证数据的传输，但是这样的话网络吞吐量太低，TCP没有使用这种方法。

分组窗口或者滑动窗口

在滑动窗口协议中，发送方一次性发送一个分组序列。而不是发送完一个分组就陷入等待。

如何理解滑动窗口呢，将从发送端到接收端的分组序列是为从发送方流向接收者的流。我们仅能通过一个窗口来观察在链路中活跃的窗口。

发送方的窗口，已经发送且未被确认接受的分组的数量被控制在窗口大小内。已经确认的分组被置于窗口左侧，准备好，但是窗口已满的后面的分组将停滞，等待窗口中的分组被确认接收后再发送（进入窗口）。

发送方窗口.png

接收方也保持同样的窗口，但是意义不同，分别是已经确认接收的，剩下的是期望接收的和可能因为内存限制而被丢弃的分组。

接收方窗口.png

重传超时

如果一个分组迟迟没有ACK响应，发送者要等多久，总不能一直等下去吧。TCP使用的方法是RTT估计，RTT是端到端的往返时间，协议采样多个RTT样本，取均值（一般稍微增加一点）来作为超时等待的时间。

滑动窗口中的ACK

TCP使用的ACK是累积的，当字节N的ACK到达时，表示前面的N个字节均已经正常接收。这样做的好处是降低了对于ACK的丢失的影响。

捎带应答： TCP往往不会单独发送一个ACK作为应答数据段，而时在双发发送数据的同时，携带最新的应答消息给对方。

流量控制和拥塞控制

基于速率的流量控制

给发送方指定某个速率，同时确保数据不超过这个速率。
基于窗口的流量控制

窗口的大小会随时变动，TCP使用的方法是接收者通过某种方式通知接收者使用多大的窗口，自己才能应对这种速率。具体的方法是：接收者每次回复某一个分组的ACK时，会在同一分组携带一个告知发送者调整窗口大小的信息，发送者会依据此来调整窗口的大小。所以，发送者往往在窗口滑动的时候改变窗口的大小。

TCP中的拥塞控制实际上非常复杂，这里只是简单介绍一部分。