TCP传输控制协议是一种面向连接的、可靠的,基于字节流的传输层通信协议,在简化的计算机网络OSI模型中,TCP协议完成第四层传输层所指定的功能,当应用层向TCP层发送用于网间传输的、用8位字节表示的数据流;TCP则把数据流分割成适当长度的报文段,最大传输段大小通常受该计算机,连接的网络的数据链路层的最大传送单元限制,之后TCP把数据包传给IP层,由它来通过网络将包传送给接收端实体的TCP层;TCP协议的主要功能是完成对数据报的确认,流量控制、网络拥塞和自动检测数据报,并提供错误重发的功能,将多条路径传送的数据报按照原来的顺序进行排列;并对重复数据进行择取,控制超时重发,自动调整超时值,提供自动恢复丢失数据的功能。

一、tcp协议的主要功能

1、慢启动

每当建立一个TCP连接时或一个TCP连接发生超时重传后,该连接便进人慢启动阶段。进人慢启动后,TCP实体将拥塞窗口的大小初始化为一个报文段,即:cwnd=1。

此后,每收到一个报文段的确认(ACK),cwnd值加1,即拥塞窗口按指数增加。当cwnd值超过慢启动闽值(sshterhs)或发生报文段丢失重传时,慢启动阶段结束。前者进人拥塞避免阶段,后者重新进人慢启动阶段。

2、拥塞避免

在慢启阶段,当cwnd值超过慢启动阐值(ssthresh)后,慢启动过程结束,TCP连接进入拥塞避免阶段。在拥塞避免阶段,每一次发送的cwnd个报文段被完全确认后,才将cwnd值加1。在此阶段,cwnd值线性增加。

3、快速重传

快速重传是对超时重传的改进。当源端收到对同一个报文的三个重复确认时,就确定一个报文段已经丢失,因此立刻重传丢失的报文段,而不必等到重传定时器(RTO)超时。以此减少不必要的等待时间。

4、快速恢复

快速恢复是对丢失恢复机制的改进。在快速重传之后,不经过慢启动过程而直接进人拥塞避免阶段。

每当快速重传后,置sshtesrh=cwnd/2、ewnd=ssthresh+3。此后,每收到一个重复确认,将cwnd值加1,直至收到对丢失报文段和其后若干报文段的累积确认后,置cwnd=ssthesrh,进人拥塞避免阶段。 

二、tcp协议的特点

TCP是一种面向广域网的通信协议,目的是在跨越多个网络通信时,为两个通信端点之间提供一条具有下列特点的通信方式:

  • 基于流的方式;
  • 面向连接;
  • 可靠通信方式;
  • 在网络状况不佳的时候尽量降低系统由于重传带来的带宽开销;
  • 通信连接维护是面向通信的两个端点的,而不考虑中间网段和节点。

为满足TCP协议的这些特点,TCP协议做了如下的规定:

  • 数据分片:在发送端对用户数据进行分片,在接收端进行重组,由TCP确定分片的大小并控制分片和重组;
  • 到达确认:接收端接收到分片数据时,根据分片数据序号向发送端发送一个确认;
  • 超时重发:发送方在发送分片时启动超时定时器,如果在定时器超时之后没有收到相应的确认,重发分片;
  • 滑动窗口:TCP连接每一方的接收缓冲空间大小都固定,接收端只允许另一端发送接收端缓冲区所能接纳的数据,TCP在滑动窗口的基础上提供流量控制,防止较快主机致使较慢主机的缓冲区溢出;
  • 失序处理:作为IP数据报来传输的TCP分片到达时可能会失序,TCP将对收到的数据进行重新排序,将收到的数据以正确的顺序交给应用层;
  • 重复处理:作为IP数据报来传输的TCP分片会发生重复,TCP的接收端必须丢弃重复的数据;
  • 数据校验: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。如果收到分片的检验和有差错,TCP将丢弃这个分片,并不确认收到此报文段导致对端超时并重发。

三、TCP协议工作过程

TCP(Transmission Control Protocol 传输控制协议)是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议,由IETF的RFC 793定义。在简化的计算机网络OSI模型中,它完成第四层传输层所指定的功能,用户数据报协议(UDP)是同一层内 [1] 另一个重要的传输协议。在因特网协议族(Internet protocol suite)中,TCP层是位于IP层之上,应用层之下的中间层。不同主机的应用层之间经常需要可靠的、像管道一样的连接,但是IP层不提供这样的流机制,而是提供不可靠的包交换。

当应用层向TCP层发送用于网间传输的、用8位字节表示的数据流,TCP则把数据流分割成适当长度的报文段,最大传输段大小(MSS)通常受该计算机连接的网络的数据链路层的最大传送单元(MTU)限制。之后TCP把数据包传给IP层,由它来通过网络将包传送给接收端实体的TCP层。

TCP为了保证报文传输的可靠,就给每个包一个序号,同时序号也保证了传送到接收端实体的包的按序接收。然后接收端实体对已成功收到的字节发回一个相应的确认(ACK);如果发送端实体在合理的往返时延(RTT)内未收到确认,那么对应的数据(假设丢失了)将会被重传。

TCP协议和IP协议一起组成了TCP/IP协议,TCP/IP是用于计算机通信的一组协议,我们通常称它为TCP/IP协议族。它是70年代中期美国国防部为其ARPANET广域网开发的网络体系结构和协议标准,以它为基础组建的INTERNET是目前国际上规模最大的计算机网络,正因为INTERNET的广泛使用,使得TCP/IP成了事实上的标准。之所以说TCP/IP是一个协议族,是因为TCP/IP协议包括TCP、IP、UDP、ICMP、RIP、TELNETFTP、SMTP、ARP、TFTP等许多协议,这些协议一起称为TCP/IP协议。