TCP是什么？

面向连接、保证可靠性传输、基于字节流的传输层通信协议

TCP协议解决的是什么问题？

保证端到端数据传输的可靠性

TCP如何保证可靠性？

应用数据被分割成 TCP 认为最适合发送的数据块。
TCP 给发送的每一个包进行编号，接收方对数据包进行排序，把有序数据传送给应用层。
校验和： TCP 将保持它首部和数据的检验和。这是一个端到端的检验和，目的是检测数据在传输过程中的任何变化。如果收到段的检验和有差错，TCP 将丢弃这个报文段和不确认收到此报文段。
TCP 的接收端会丢弃重复的数据。
流量控制： TCP 连接的每一方都有固定大小的缓冲空间，TCP的接收端只允许发送端发送接收端缓冲区能接纳的数据。当接收方来不及处理发送方的数据，能提示发送方降低发送的速率，防止包丢失。TCP 使用的流量控制协议是可变大小的滑动窗口协议。（TCP 利用滑动窗口实现流量控制）
拥塞控制： 当网络拥塞时，减少数据的发送。
ARQ协议： 也是为了实现可靠传输的，它的基本原理就是每发完一个分组就停止发送，等待对方确认。在收到确认后再发下一个分组。
超时重传： 当 TCP 发出一个段后，它启动一个定时器，等待目的端确认收到这个报文段。如果不能及时收到一个确认，将重发这个报文段。

连接管理

建立连接三次握手，客户端SYN、服务端SYN+ACK、客户端ACK。

断开连接四次握手，客户端FIN、服务端ACK、服务端FIN+ACK、客户端ACK。

校验和

IP报文头的校验和只校验IP首部，TCP报文头的校验和校验的是首部和数据。

tcp报文头部有校验和，发送方生成校验和，接收方检验校验和，传输过程检验到报文有差错直接丢弃。

报文编号

检测丢失：接收方可以知道少了哪些数据。
检测乱序：发送方的报文可能因为网络拥堵乱序到达接收方，接收方可以按照序号重新排序拼接报文，再转交完整的数据给应用层。
检测重复：接收方可以根据编号丢弃已经收到的报文，因为同一个编号的报文可能会因为超时重传机制多次发送。

确认应答

每次接收方收到数据后，会回应ACK确认应答报文给发送方，发送方就知道了这个包没有丢失，而是已经传输成功了。

超时重传

每个报文发送后都会开启一个定时器，超时前收到该编号报文确认应答的报文时则取消计时，如果不能及时收到确认则会重新发送这个报文。

超时重传有两种情况，一种是发送的报文未达到接收方，一种是接收方发送的ACK确认报文未达到发送方；前者的情况在接收方收到报文后会正常的发送ACK报文；后者的情况会丢弃编号重复的报文直接发送ACK确认报文。

流量控制

如果发送方发生数据过快，接收方来不及处理，接受方只能丢弃数据，这样浪费了流量，增加了不必要的消耗，接收方要告诉发送方自己能接受处理数据的最大数据量是多少，别多发不能处理的数据。

是通过ACK报文头中的窗口大小字段来告知对方自己还能接受多少数据，要发送数据的一方的发送窗口大小就是这个ACK报文头中的窗口大小与拥塞窗口大小的较小值

拥塞控制

流量控制是假设网络不拥堵，只考虑两端数据处理能力，但是整个网络如果发生拥堵，还需另外的处理，即拥塞控制。

拥塞控制主要是四个算法：慢启动、拥塞避免、快重传、快恢复

面向字节流是什么意思？

消息是「没有边界」的，所以无论我们消息有多大都可以进行传输。并且消息是「有序的」，「前一个」消息没有收到的时候，即使它先收到了后面的字节已经收到，那么也不能扔给应用层去处理，同时对「重复」的报文会自动丢弃。

TCP报文头格式是怎样的？

TCP报文头部最大为60字节，头部固定20个字节，TCP Options最大为40字节

包含源端口、目的端口、序列号、确认号、数据偏移、保留位、控制位、窗口大小、校验和、紧急指针、选项等

控制位：

CWR：用于 IP 首部的 ECN 字段。ECE 为 1 时，则通知对方已将拥塞窗口缩小。
ECE：在收到数据包的 IP 首部中 ECN 为 1 时将 TCP 首部中的 ECE 设置为 1，表示从对方到这边的网络有拥塞。
URG：紧急模式
ACK：确认
PSH：推送，接收方应尽快给应用程序传送这个数据。没用到
RST：该位为 1 表示 TCP 连接中出现异常必须强制断开连接。
SYN：初始化一个连接的同步序列号
FIN：该位为 1 表示今后不会有数据发送，希望断开连接。

为什么 TCP 协议有性能问题？

在弱网环境下（丢包率高）影响 TCP 性能的三个原因：

TCP 的拥塞控制算法会在丢包时主动降低吞吐量；
TCP 的三次握手增加了数据传输的延迟和额外开销；
TCP 的累计应答机制导致了数据段的传输；

如何唯一的标识和确认一个TCP连接？

四元组。

源IP地址、源端口号、目的IP地址、目的端口号。

TCP最大连接数是多少？

服务端固定监听某个端口。

源IP地址在IP报文头中是32位。

源端口号在TCP报文头是16位。

不考虑其他因素，理论最大连接数是 2^32 * 2^16。

为什么TCP报文头里没有数据长度，UDP报文头里有数据长度？

TCP数据长度 = IP总长度 - IP首部长度 - TCP首部长度

UDP数据长度 = IP总长度 - IP首部长度 - UDP首部长度

UDP数据长度是可以通过IP总长度减去报文头长度算出来了的。