传输控制协议 (Transmission Control Protocol, TCP) 是 TCP/IP 协议栈中传输层的核心协议，它为运行在不同主机上的应用程序之间，提供了一种面向连接的、可靠的字节流 (byte stream) 服务。与 UDP “尽力而为”的传输模式不同，TCP 的设计目标是在不可靠的、底层 IP 网络之上，构建一个可靠的数据传输通道，以解决数据包丢失、损坏、重复和乱序等问题。几乎所有要求高可靠性的应用层协议（如 HTTP, FTP, SMTP）都构建于 TCP 之上，使其成为现代互联网的基石。

TCP 的核心特性

面向连接 (Connection-Oriented)

在进行任何数据传输之前，通信双方（客户端与服务器）必须首先通过一个被称为三次握手 (Three-Way Handshake) 的过程，建立一个逻辑上的连接。数据传输结束后，连接会通过一个四次挥手 (Four-Way Handshake) 的过程被优雅地关闭。

可靠传输 (Reliable Transport)

TCP 通过多种机制来保证数据的可靠性：

• 序列号与确认: TCP 将每个字节的数据进行编号，接收方在收到数据后会发送一个确认（ACK），告知发送方已成功接收到哪个字节之前的所有数据。
• 超时重传 (Timeout Retransmission): 发送方在发送数据段后会启动一个计时器。如果在计时器超时后仍未收到对方的确认，就会认为数据段已丢失，并重新发送。

• 数据校验: TCP 段的头部包含一个校验和 (checksum)，用于检测数据在传输过程中是否发生损坏。

字节流与顺序保证

TCP 会将应用程序交付的数据视为一个无结构的、连续的字节流。它通过序列号 (sequence number) 确保接收方应用层收到的数据，与发送方应用层发出的数据字节顺序完全一致，即使底层的 IP 数据包到达时是乱序的。

流量控制与拥塞控制

• 流量控制 (Flow Control): 通过滑动窗口 (sliding window) 机制，接收方可以告知发送方其当前可用的缓冲区大小，防止快速的发送方淹没慢速的接收方。
• 拥塞控制 (Congestion Control): TCP 会主动探测网络的拥塞状况，并动态调整其发送速率，以避免造成网络拥堵，保证整个网络的稳定性。

TCP 连接的生命周期

建立连接：三次握手

此过程用于在通信双方之间同步初始序列号并建立逻辑连接。

握手过程

• SYN (Synchronize) 和 ACK (Acknowledge) 是 TCP 段头部中的两个控制位。

• 这个过程通常不携带应用层数据，其唯一目的是交换初始序列号并确认双方都已准备好通信。

数据传输：序列号与确认号

连接建立后，数据开始双向传输。TCP 通过序列号和确认号的协同工作来保证数据的可靠和有序。

• 序列号 (Sequence Number): 标记了当前 TCP 段中数据部分的第一个字节，在整个字节流中的位置。
• 确认号 (Acknowledgement Number): 告知对方，我方已经成功接收到此确认号之前的所有字节，并期望接收的下一个字节的序列号就是此确认号。

丢包与重传机制

关闭连接：四次挥手

当一方数据发送完毕后，会发起关闭连接的请求。

机制: 使用 FIN (Finish) 控制位来表示数据已发送完毕。由于 TCP 是全双工的，每一方都必须独立地关闭自己的发送通道，因此需要四次交互。