17.1 引言
本章將介紹TCP為應用層提供的服務姑荷，以及TCP首部中的各個字段。隨后的幾章我們在了解TCP的工作過程中將對這些字段作詳細介紹。
對TCP的介紹將由本章開始，并一直包括隨后的7章获印。第18章描述如何建立和終止一個TCP連接，第19和第20章將了解正常的數(shù)據(jù)傳輸過程，包括交互使用（遠程登錄）和批量數(shù)據(jù)傳送（文件傳輸）兼丰。第21章提供TCP超時及重傳的技術細節(jié)，第22和第23章將介紹兩種其他的定時器唆缴。最后鳍征，第24章概述TCP新的特性以及TCP的性能。
17.2 TCP的服務
盡管TCP和UDP都使用相同的網(wǎng)絡層（IP）面徽，TCP卻向應用層提供與UDP完全不同的服務艳丛。TCP提供一種面向連接的、可靠的字節(jié)流服務趟紊。
面向連接意味著兩個使用TCP的應用（通常是一個客戶和一個服務器）在彼此交換數(shù)據(jù)之前必須先建立一個TCP連接氮双。這一過程與打電話很相似，先撥號振鈴霎匈，等待對方摘機說“喂”戴差，然后才說明是誰。在第18章我們將看到一個TCP連接是如何建立的铛嘱，以及當一方通信結束后如何斷開連接暖释。
在一個TCP連接中，僅有兩方進行彼此通信墨吓。在第12章介紹的廣播和多播不能用于TCP球匕。
TCP通過下列方式來提供可靠性：
1：應用數(shù)據(jù)被分割成TCP認為最適合發(fā)送的數(shù)據(jù)塊。這和UDP完全不同帖烘，應用程序產生的數(shù)據(jù)報長度將保持不變亮曹。由TCP傳遞給IP的信息單位稱為報文段或段（segment）（參見圖1-7）。在18.4節(jié)我們將看到TCP如何確定報文段的長度秘症。
2：當TCP發(fā)出一個段后照卦，它啟動一個定時器，等待目的端確認收到這個報文段历极。如果不能及時收到一個確認窄瘟，將重發(fā)這個報文段。在第21章我們將了解TCP協(xié)議中自適應的超時及重傳策略趟卸。
3：當TCP收到發(fā)自TCP連接另一端的數(shù)據(jù)蹄葱，它將發(fā)送一個確認。這個確認不是立即發(fā)送锄列，通常將推遲幾分之一秒图云，這將在19.3節(jié)討論。
4：TCP將保持它首部和數(shù)據(jù)的檢驗和邻邮。這是一個端到端的檢驗和竣况，目的是檢測數(shù)據(jù)在傳輸過程中的任何變化。如果收到段的檢驗和有差錯筒严，TCP將丟棄這個報文段和不確認收到此報文段（希望發(fā)端超時并重發(fā)）丹泉。
5：既然TCP報文段作為IP數(shù)據(jù)報來傳輸情萤，而IP數(shù)據(jù)報的到達可能會失序，因此TCP報文段的到達也可能會失序摹恨。如果必要筋岛，TCP將對收到的數(shù)據(jù)進行重新排序，將收到的數(shù)據(jù)以正確的順序交給應用層晒哄。
6：既然IP數(shù)據(jù)報會發(fā)生重復睁宰，TCP的接收端必須丟棄重復的數(shù)據(jù)。
7：TCP還能提供流量控制寝凌。TCP連接的每一方都有固定大小的緩沖空間柒傻。TCP的接收端只允許另一端發(fā)送接收端緩沖區(qū)所能接納的數(shù)據(jù)。這將防止較快主機致使較慢主機的緩沖區(qū)溢出较木。
兩個應用程序通過TCP連接交換8bit字節(jié)構成的字節(jié)流红符。TCP不在字節(jié)流中插入記錄標識符。我們將這稱為字節(jié)流服務（byte stream service）劫映。如果一方的應用程序先傳10字節(jié)违孝，又傳20字節(jié)，再傳50字節(jié)泳赋，連接的另一方將無法了解發(fā)方每次發(fā)送了多少字節(jié)雌桑。收方可以分4次接收這80個字節(jié)，每次接收20字節(jié)祖今。一端將字節(jié)流放到TCP連接上校坑，同樣的字節(jié)流將出現(xiàn)在TCP連接的另一端。
另外千诬，TCP對字節(jié)流的內容不作任何解釋耍目。TCP不知道傳輸?shù)臄?shù)據(jù)字節(jié)流是二進制數(shù)據(jù)，還是ASCII字符徐绑、EBCDIC字符或者其他類型數(shù)據(jù)邪驮。對字節(jié)流的解釋由TCP連接雙方的應用層解釋。
這種對字節(jié)流的處理方式與Unix操作系統(tǒng)對文件的處理方式很相似傲茄。Unix的內核對一個應用讀或寫的內容不作任何解釋毅访，而是交給應用程序處理。對Unix的內核來說盘榨，它無法區(qū)分一個二進制文件與一個文本文件喻粹。
17.3 TCP的首部
TCP數(shù)據(jù)被封裝在一個IP數(shù)據(jù)報中，如圖17-1所示草巡。
圖17-2顯示TCP首部的數(shù)據(jù)格式守呜。如果不計任選字段，它通常是20個字節(jié)。
每個TCP段都包含源端和目的端的端口號查乒，用于尋找發(fā)端和收端應用進程弥喉。這兩個值加上IP首部中的源端IP地址和目的端IP地址唯一確定一個TCP連接。
有時侣颂，一個IP地址和一個端口號也稱為一個插口（socket）档桃。這個術語出現(xiàn)在最早的TCP規(guī)范（RFC793）中，后來它也作為表示伯克利版的編程接口（參見1.15節(jié)）憔晒。插口對（socketpair）(包含客戶IP地址、客戶端口號蔑舞、服務器IP地址和服務器端口號的四元組)可唯一確定互聯(lián)網(wǎng)絡中每個TCP連接的雙方拒担。
序號用來標識從TCP發(fā)端向TCP收端發(fā)送的數(shù)據(jù)字節(jié)流，它表示在這個報文段中的的第一個數(shù)據(jù)字節(jié)攻询。如果將字節(jié)流看作在兩個應用程序間的單向流動从撼，則TCP用序號對每個字節(jié)進行計數(shù)。序號是32 bit的無符號數(shù)钧栖，序號到達232－1后又從0開始低零。
當建立一個新的連接時，SYN標志變1拯杠。序號字段包含由這個主機選擇的該連接的初始序號ISN（Initial Sequence Number）掏婶。該主機要發(fā)送數(shù)據(jù)的第一個字節(jié)序號為這個ISN加1，因為SYN標志消耗了一個序號（將在下章詳細介紹如何建立和終止連接潭陪，屆時我們將看到FIN標志也要占用一個序號）雄妥。
既然每個傳輸?shù)淖止?jié)都被計數(shù)，確認序號包含發(fā)送確認的一端所期望收到的下一個序號依溯。因此老厌，確認序號應當是上次已成功收到數(shù)據(jù)字節(jié)序號加1。只有ACK標志（下面介紹）為1時確認序號字段才有效黎炉。
發(fā)送ACK無需任何代價枝秤，因為32 bit的確認序號字段和ACK標志一樣，總是TCP首部的一部分慷嗜。因此淀弹，我們看到一旦一個連接建立起來，這個字段總是被設置洪添，ACK標志也總是被設置為1垦页。
TCP為應用層提供全雙工服務。這意味數(shù)據(jù)能在兩個方向上獨立地進行傳輸干奢。因此痊焊，連接的每一端必須保持每個方向上的傳輸數(shù)據(jù)序號。
TCP可以表述為一個沒有選擇確認或否認的滑動窗口協(xié)議（滑動窗口協(xié)議用于數(shù)據(jù)傳輸將在20.3節(jié)介紹）。我們說TCP缺少選擇確認是因為TCP首部中的確認序號表示發(fā)方已成功收到字節(jié)薄啥，但還不包含確認序號所指的字節(jié)辕羽。當前還無法對數(shù)據(jù)流中選定的部分進行確認。例如垄惧，如果1～1024字節(jié)已經(jīng)成功收到刁愿，下一報文段中包含序號從2049～3072的字節(jié)，收端并不能確認這個新的報文段到逊。它所能做的就是發(fā)回一個確認序號為1025的ACK铣口。它也無法對一個報文段進行否認。例如觉壶，如果收到包含1025～2048字節(jié)的報文段脑题，但它的檢驗和錯，TCP接收端所能做的就是發(fā)回一個確認序號為1025的ACK铜靶。在21.7節(jié)我們將看到重復的確認如何幫助確定分組已經(jīng)丟失叔遂。
首部長度給出首部中32 bit字的數(shù)目。需要這個值是因為任選字段的長度是可變的争剿。這個字段占4bit已艰，因此TCP最多有60字節(jié)的首部。然而蚕苇，沒有任選字段哩掺，正常的長度是20字節(jié)。在TCP首部中有6個標志比特捆蜀。它們中的多個可同時被設置為1疮丛。我們在這兒簡單介紹它們的用法，在隨后的章節(jié)中有更詳細的介紹辆它。
TCP的流量控制由連接的每一端通過聲明的窗口大小來提供誊薄。窗口大小為字節(jié)數(shù)，起始于確認序號字段指明的值锰茉，這個值是接收端正期望接收的字節(jié)呢蔫。窗口大小是一個16 bit字段，因而窗口大小最大為65535字節(jié)飒筑。在24.4節(jié)我們將看到新的窗口刻度選項片吊，它允許這個值按比例變化以提供更大的窗口。
檢驗和覆蓋了整個的TCP報文段：TCP首部和TCP數(shù)據(jù)协屡。這是一個強制性的字段俏脊，一定是由發(fā)端計算和存儲，并由收端進行驗證肤晓。TCP檢驗和的計算和UDP檢驗和的計算相似爷贫，使用如11.3節(jié)所述的一個偽首部认然。
只有當URG標志置1時緊急指針才有效。緊急指針是一個正的偏移量漫萄，和序號字段中的值相加表示緊急數(shù)據(jù)最后一個字節(jié)的序號卷员。TCP的緊急方式是發(fā)送端向另一端發(fā)送緊急數(shù)據(jù)的一種方式。我們將在20.8節(jié)介紹它腾务。
最常見的可選字段是最長報文大小毕骡，又稱為MSS(Maximum Segment Size)验辞。每個連接方通常都在通信的第一個報文段（為建立連接而設置SYN標志的那個段）中指明這個選項侮攀。它指明本端所能接收的最大長度的報文段。我們將在18.4節(jié)更詳細地介紹MSS選項蔗草，TCP的其他選項中的一些將在第24章中介紹启昧。
從圖17-2中我們注意到TCP報文段中的數(shù)據(jù)部分是可選的橱赠。我們將在18章中看到在一個連接建立和一個連接終止時，雙方交換的報文段僅有TCP首部箫津。如果一方?jīng)]有數(shù)據(jù)要發(fā)送，也使用沒有任何數(shù)據(jù)的首部來確認收到的數(shù)據(jù)宰啦。在處理超時的許多情況中苏遥，也會發(fā)送不帶任何數(shù)據(jù)的報文段。
17.4 小結
TCP提供了一種可靠的面向連接的字節(jié)流運輸層服務赡模。我們簡單地介紹了TCP首部中的各個字段田炭，并在隨后的幾章里詳細討論它們。
TCP將用戶數(shù)據(jù)打包構成報文段漓柑；它發(fā)送數(shù)據(jù)后啟動一個定時器教硫；另一端對收到的數(shù)據(jù)進行確認，對失序的數(shù)據(jù)重新排序辆布，丟棄重復數(shù)據(jù)瞬矩；TCP提供端到端的流量控制，并計算和驗證一個強制性的端到端檢驗和锋玲。
許多流行的應用程序如Telnet景用、Rlogin、FTP和SMTP都使用TCP惭蹂。
