TCP 协议的作用
互联网由一整套协议构成。TCP 只是其中的一层，有着自己的分工。
TCP 是以太网协议和 IP 协议的上层协议，也是应用层协议的下层协议：
最底层的以太网协议（Ethernet）规定了电子信号如何组成数据包（packet），解决了子网内部的点对点通信。
但是，以太网协议不能解决多个局域网如何互通，这由 IP 协议解决。 IP 协议可以连接多个局域网。
IP 协议定义了一套自己的地址规则，称为 IP 地址。它实现了路由功能，允许某个局域网的 A 主机，向另一个局域网的 B 主机发送消息。
路由器就是基于 IP 协议。局域网之间要靠路由器连接。
IP 协议只是一个地址协议，并不保证数据包的完整。如果路由器丢包（比如缓存满了，新进来的数据包就会丢失），就需要发现丢了哪一个包，以及如何重新发送这个包。这就要依靠 TCP 协议。
简单说，TCP 协议的作用是，保证数据通信的完整性和可靠性，防止丢包。
TCP 数据包的大小
以太网数据包（packet）的大小是固定的，最初是1518字节，后来增加到1522字节。其中， 1500 字节是负载（payload），22字节是头信息（head）。IP 数据包在以太网数据包的负载里面，它也有自己的头信息，最少需要20字节，所以 IP 数据包的负载最多为1480字节。
TCP 数据包在 IP 数据包的负载里面。它的头信息最少也需要20字节，因此 TCP 数据包的最大负载是 1480 - 20 = 1460 字节。由于 IP 和 TCP 协议往往有额外的头信息，所以 TCP 负载实际为1400字节左右。因此，一条1500字节的信息需要两个 TCP 数据包。
TCP 数据包的编号（SEQ）
一个包1400字节，那么一次性发送大量数据，就必须分成多个包。比如，一个 10MB 的文件，需要发送7100多个包。发送的时候，TCP 协议为每个包编号（sequence number，简称 SEQ），以便接收的一方按照顺序还原。万一发生丢包，也可以知道丢失的是哪一个包。
第一个包的编号是一个随机数。为了便于理解，这里就把它称为1号包。假定这个包的负载长度是100字节，那么可以推算出下一个包的编号应该是101。这就是说，每个数据包都可以得到两个编号：自身的编号，以及下一个包的编号。接收方由此知道，应该按照什么顺序将它们还原成原始文件。
▲ 当前包的编号是45943，下一个数据包的编号是46183，由此可知，这个包的负载是240字节
TCP 数据包的组装
收到 TCP 多个数据包以后，组装还原是操作系统完成的。应用程序不会直接处理 TCP 数据包。应用程序需要的数据放在 TCP 数据包里面，有自己的格式（比如 HTTP 协议）。
TCP 并没有提供任何机制，表示原始文件的大小，这由应用层的协议来规定。 比如，HTTP 协议就有一个头信息Content-Length，表示信息体的大小。 对于操作系统来说，就是持续地接收 TCP 数据包，将它们按照顺序组装好，一个包都不少。
操作系统不会去处理 TCP 数据包里面的数据。一旦组装好 TCP 数据包，就把它们转交给应用程序。TCP 数据包里面有一个端口（port）参数，就是用来指定转交给监听该端口的应用程序。
应用程序收到组装好的原始数据，以浏览器为例，就会根据 HTTP 协议的 Content-Length 字段正确读出一段段的数据。这也意味着，一次 TCP 通信可以包括多个 HTTP 通信。
慢启动机制和 ACK
服务器发送数据包，当然越快越好，最好一次性全发出去。但是，发得太快，就有可能丢包。带宽小、路由器过热、缓存溢出等许多因素都会导致丢包。线路不好的话，发得越快，丢得越多。
最理想的状态是，在线路允许的情况下，达到最高速率。但是我们怎么知道，对方线路的理想速率是多少呢？答案就是慢慢试。
TCP 协议为了做到效率与可靠性的统一，设计了一个慢启动（slow start）机制。开始的时候，发送得较慢，然后根据丢包的情况，调整速率：如果不丢包，就加快发送速度；如果丢包，就降低发送速度。
Linux 内核里面设定了（常量TCP_INIT_CWND），刚开始通信的时候，发送方一次性发送10个数据包，即"发送窗口"的大小为10。然后停下来，等待接收方的确认，再继续发送。默认情况下，接收方每收到两个 TCP 数据包，就要发送一个确认消息。"确认"的英语是 acknowledgement，所以这个确认消息就简称 ACK。
ACK 携带两个信息：
- 期待要收到下一个数据包的编号；
- 接收方的接收窗口的剩余容量。
注意：由于 TCP 通信是双向的，所以双方都需要发送 ACK。两方的窗口大小，很可能是不一样的。而且 ACK
只是很简单的几个字段，通常与数据合并在一个数据包里面发送。
假设左边是客户端A,右边是服务端B，通信过程：
- 首先A主动与B通信，发了一个数据包(编号=1,期待B返回的数据包的编号=1,当前数据包长度=100)
- B接受到了数据包后，与A进行一次通信，返回一个数据包，因为A期待的数据包的编号是1，所以seq=1；然后B期望下一次A返回的数据包的编号是Ack=1+100；当前数据包长度=200;
- A接收到B返回的数据包后，与B进行一次通信，并发出一个数据包：
seq=101 因为上一次A发送的数据包长度是100，编号是1，所以100+1，也就是B发来的Ack
Ack=200+1；length=当前数据包的长度 - 接下来都一样的分析就行
TCP 流量控制及拥塞控制的机制
流量控制：
TCP使用窗口机制来实现流量控制的。原理是：在通信过程中，接收方根据自己接收缓存的大小，动态调整发送方的发送窗口大小，即TCP报文段首部中的“窗口”字段rwnd,来限制发送方向网络注入报文的速率。同时，发送方根据其对当前网络拥塞程序的估计确定一个拥塞窗口cwnd，最终A发送的窗口的实际大小是min(rwnd,cwnd)值。
拥塞控制：
流量控制是端到端的交互，如果只是局域网内的两台设备交互，我想通过滑动窗口大概能控制得不差，但是实际网络的情况非常复杂，发送方和接收方之间还有路由器和交换机，网络传输线路又复杂，这个时候就需要拥塞控制。
拥塞控制主要有四个算法：慢启动、拥塞避免、快速重传和快速恢复。
https://www.cnblogs.com/iou123lg/p/9017044.html
数据包的遗失处理
TCP 协议可以保证数据通信的完整性，这是怎么做到的？
通过累计确认及超时重传机制实现数据正确性。
每一个数据包都带有下一个数据包的编号。如果下一个数据包没有收到，那么 ACK 的编号就不会发生变化。
举例来说：
如果一直没有发送101编号的包，反而跳过了该包，发了后面的包过来，那么服务端B，发送的包，ACK 里面的编号不会变化，总是显示101号包。如果发送方发现收到三个连续的重复 ACK，或者超时了还没有收到任何 ACK，就会确认丢包，即101号包遗失了，从而再次发送这个包。通过这种机制，TCP 保证了不会有数据包丢失。
总结
TCP协议的作用：保证数据通信的完整性和可靠性，防止丢包TCP数据包的大小：head(20)+负载(1460)=1480 ；由于IP和TCP协议往往有额外的头信息，所以TCP负载实际为1400字节左右TCP数据包的编号（SEQ）：第一个包的编号是一个随机数。为了便于理解，这里就把它称为1号包。假定这个包的负载长度是100字节，那么可以推算出下一个包的编号应该是101。这就是说，每个数据包都可以得到两个编号：自身的编号，以及下一个包的编号。有了编号，发生了丢包，就可以知道丢的是哪个包。TCP数据包的组装：收到TCP多个数据包以后，组装还原是操作系统完成。一旦组装好TCP数据包，就把它们转交给应用程序。TCP数据包里面有一个端口（port）参数，就是用来指定转交给监听该端口的应用程序。应用程序需要的数据放在TCP数据包里面，有自己的格式（比如HTTP协议）。原始文件的大小，这由应用层的协议来规定(如：HTTP协议就有一个头信息Content-Length)。应用程序收到组装好的原始数据，以浏览器为例，就会根据HTTP协议的Content-Length字段正确读出一段段的数据。- 慢启动和
ACK：- 慢启动（slow start）机制：开始的时候，发送得较慢，然后根据丢包的情况，调整速率：如果不丢包，就加快发送速度；如果丢包，就降低发送速度。
- 发送方每发送一次数据包，就要等待接收方的确认，接受方收到数据包，会发送一个确认消息ACK。
- ACK 携带两个信息：期待要收到下一个数据包的编号；接收方的接收窗口的剩余容量。
- 通信过程：…
- 数据包的遗失处理：每一个数据包都带有下一个数据包的编号。如果下一个数据包没有收到，那么接受法发送的
ACK的编号就不会发生变化。如果发送方发现收到三个连续的重复ACK，或者超时了还没有收到任何ACK，就会确认丢包，即xxx号包遗失了，从而再次发送这个包。通过这种机制，TCP保证了不会有数据包丢失。
面试题
TCP 和 UDP 的区别？
- TCP 是面向连接的，UDP 是面向无连接的；
- UDP程序结构较简单
- TCP 是面向字节流的，UDP 是基于数据报的
- TCP 保证数据正确性，UDP 可能丢包；
- TCP 保证数据顺序，UDP 不保证
什么是面向连接，什么是面向无连接？
在互通之前，面向连接的协议会先建立连接，如 TCP 有三次握手，而 UDP 不会
TCP 为什么是可靠连接？
- TCP 报文头里面的序号能使 TCP 的数据按序到达
- 报文头里面的确认序号能保证不丢包，累计确认及超时重传机制
- TCP 拥有流量控制及拥塞控制的机制