TCP（Transmission Control Protocol）是一种面向连接（连接导向）的、可靠的、基于字节流的运输层通信协议，在简化的计算机网络OSI模型中，TCP完成的是第四层传输层所指定的功能。
一、TCP协议的作用
互联网由一整套协议构成，而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。
（以太网协议解决了局域网的点对点通信）
但是，以太网协议不能解决多个局域网如何互通，而这由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。
（路由器是基于IP协议的，局域网之间要靠路由器连接）
其实，路由的原理很简单。市场上所有的路由器，其背后都有很多网口，要接入多根网线。路由器内部有一张路由表，规定了A段IP地址走出口一，B段地址走出口二……通过这套“指路牌”，实现了数据包的转发。
（本机的路由表注明了不同IP目的地的数据包，要发送到哪一个网口）
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），那么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协议来实现。
简单来说，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。
二、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。
（IP数据包在以太网数据包里面，TCP数据包在IP数据包里面）
TCP数据包在IP数据包的负载里面，它的头信息最少也要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。
HTTP/2协议的一大改进就是压缩HTTP协议的头信息，使得一个HTTP请求可以放在一个TCP数据包里面，而不是分成多个，这样就提高了速度。
（以太网数据包的负载是1500字节，TCP数据包的负载在1400字节左右）
三、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。接收方由此可知，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，那么这个包的负载是240字节）
四、TCP数据包的组装
收到TCP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。
对于应用程序来说，不用关心数据通信的细节，除非线路异常，收到的总是完整的数据。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。
（系统根据TCP数据包里面的端口，将组装好的数据转交给相应的应用程序）
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。
五、慢启动和ACK
服务器发送数据包，当然是越快越好，最好一次性全都发出去。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；同时，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，开始调整速率：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。
默认的情况下，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为ACK。
ACK携带两个信息：一是期待要收到下一个数据包的编号，二是接收方的接收窗口的剩余容量。
发送方有了这两个信息，再加上自己已经发出的数据包的最新编号，就会推测出接收方大概的接收速度，从而降低或增加发送速率。这被称为“发送窗口”，而这个窗口的大小是可变的。
（每个ACK都带有下一个数据包的编号，以及接收窗口的剩余容量，双方都会发送ACK）
需要注意的是，由于TCP通信是双向的，所以双方都需要发送ACK，但两方的窗口大小很有可能是不一样的。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。
（共计4次通信）
上图一共是4次通信：第一次通信，A主机发给B主机的数据包编号是1，长度是100字节，因此第二次通信B主机的ACK编号是1+100=101，第三次通信A主机的数据包编号也是101。
同理，第二次通信B主机发给A主机的数据包编号是1，长度是200字节，因此第三次通信A主机的ACK是201，第四次通信B主机的数据包编号也是201。
即使对于带宽很大、线路很好的连接，TCP也总是从10个数据包开始慢慢试，过了一段时间才会达到最高的传输速率，这就是TCP的慢启动。
六、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？
前面说过，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，现在收到了4号包，但没有收到5号包，ACK就会记录，期待收到5号包。
如果过了一段时间5号包收到了，那么下一轮ACK会更新编号；如果5号包还是没收到，但收到了6号包或7号包，那么ACK里面的编号不会变化，总是显示5号包，这会导致大量重复内容的ACK；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，那么就会确认丢包，即5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。
（Host B没有收到100号数据包，会连续发出相同的ACK，触发Host A重发100号数据包）
**来源：嵌入式Linux
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