TCP 是互聯網核心協議之一，本文介紹它的基礎知識。
一、TCP 協議的作用
互聯網由一整套協議構成。TCP 只是其中的一層，有著自己的分工。
（圖片說明：TCP 是以太網協議和 IP 協議的上層協議，也是應用層協議的下層協議。）
最底層的以太網協議（Ethernet）規定了電子信號如何組成數據包（packet），解決了子網內部的點對點通信。
（圖片說明：以太網協議解決了局域網的點對點通信。）
但是，以太網協議不能解決多個局域網如何互通，這由 IP 協議解決。
（圖片說明：IP 協議可以連接多個局域網。）
IP 協議定義了一套自己的地址規則，稱為 IP 地址。它實現了路由功能，允許某個局域網的 A 主機，向另一個局域網的 B 主機發送消息。
（圖片說明：路由器就是基於 IP 協議。局域網之間要靠路由器連接。）
路由的原理很簡單。市場上所有的路由器，背後都有很多網口，要接入多根網線。路由器內部有一張路由表，規定了 A 段 IP 地址走出口一，B 段地址走出口二，......通過這套"指路牌"，實現了數據包的轉發。
（圖片說明：本機的路由表註明了不同 IP 目的地（Destination）的數據包，要發送到哪一個網口（interface）。）
IP 協議只是一個地址協議，並不保證數據包的完整。如果路由器丟包（比如緩存滿了，新進來的數據包就會丟失），就需要發現丟了哪一個包，以及如何重新發送這個包。這就要依靠 TCP 協議。
簡單說，TCP 協議的作用是，保證數據通信的完整性和可靠性，防止丟包。
二、TCP 數據包的大小
以太網數據包（packet）的大小是固定的，最初是1518字節，後來增加到1522字節。其中， 1500 字節是負載（payload），22字節是頭信息（head）。
IP 數據包在以太網數據包的負載裡面，它也有自己的頭信息，最少需要20字節，所以 IP 數據包的負載最多為1480字節。
（圖片說明：IP 數據包在以太網數據包裡面，TCP 數據包在 IP 數據包裡面。）
TCP 數據包在 IP 數據包的負載裡面。它的頭信息最少也需要20字節，因此 TCP 數據包的最大負載是 1480 - 20 = 1460 字節。由於 IP 和 TCP 協議往往有額外的頭信息，所以 TCP 負載實際為1400字節左右。
因此，一條1500字節的信息需要兩個 TCP 數據包。HTTP/2 協議的一大改進， 就是壓縮 HTTP 協議的頭信息，使得一個 HTTP 請求可以放在一個 TCP 數據包裡面，而不是分成多個，這樣就提高了速度。
（圖片說明：以太網數據包的負載是1500字節，TCP 數據包的負載在1400字節左右。）
三、TCP 數據包的編號（SEQ）
一個包1400字節，那麼一次性發送大量數據，就必須分成多個包。比如，一個 10MB 的文件，需要發送7100多個包。
發送的時候，TCP 協議為每個包編號（sequence number，簡稱 SEQ），以便接收的一方按照順序還原。萬一發生丟包，也可以知道丟失的是哪一個包。
第一個包的編號是一個隨機數。為了便於理解，這裡就把它稱為1號包。假定這個包的負載長度是100字節，那麼可以推算出下一個包的編號應該是101。這就是說，每個數據包都可以得到兩個編號：自身的編號，以及下一個包的編號。接收方由此知道，應該按照什麼順序將它們還原成原始文件。
（圖片說明：當前包的編號是45943，下一個數據包的編號是46183，由此可知，這個包的負載是240字節。）
四、TCP 數據包的組裝
收到 TCP 數據包以後，組裝還原是操作系統完成的。應用程序不會直接處理 TCP 數據包。
對於應用程序來說，不用關心數據通信的細節。除非線路異常，收到的總是完整的數據。應用程序需要的數據放在 TCP 數據包裡面，有自己的格式（比如 HTTP 協議）。
TCP 並沒有提供任何機制，表示原始文件的大小，這由應用層的協議來規定。比如，HTTP 協議就有一個頭信息Content-Length，表示信息體的大小。對於操作系統來說，就是持續地接收 TCP 數據包，將它們按照順序組裝好，一個包都不少。
操作系統不會去處理 TCP 數據包裡面的數據。一旦組裝好 TCP 數據包，就把它們轉交給應用程序。TCP 數據包裡面有一個端口（port）參數，就是用來指定轉交給監聽該端口的應用程序。
（圖片說明：系統根據 TCP 數據包裡面的端口，將組裝好的數據轉交給相應的應用程序。上圖中，21端口是 FTP 服務器，25端口是 SMTP 服務，80端口是 Web 服務器。）
應用程序收到組裝好的原始數據，以瀏覽器為例，就會根據 HTTP 協議的Content-Length字段正確讀出一段段的數據。這也意味著，一次 TCP 通信可以包括多個 HTTP 通信。
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