TCP首部
tcp是一个面向连接，可靠的字节流传输协议， TCP不提供广播和多播，一般用于文件传输，收发邮件，远程登录等场景。
1、第一个4字节：
（1）源端口，16位；发送数据的源进程端口
（2）目的端口，16位；接收数据的进程端口
2、第二个4字节与第三个4字节
（1）序号，32位；代表当前TCP数据段第一个字节占整个字节流的相对位置；
（2）确认号，32位；代表接收端希望接收的数据序号，为上次接收到数据报的序号+1，当ACK标志位为1时才生效。
3、第四个4字节：
（1）数据偏移，4位；实际代表TCP首部长度，最大为60字节。
（2）6个标志位，每个标志位1位；
SYN，为同步标志，用于数据同步；
ACK，为确认序号，ACK=1时确认号才有效；
FIN，为结束序号，用于发送端提出断开连接；
URG，为紧急序号，URG=1是紧急指针有效；
PSH，指示接收方立即将数据提交给应用层，而不是等待缓冲区满；
RST，重置连接。
（3）滑动窗口值，16位；标识接收方可接受的数据字节数。
4、第五个4字节
（1）校验和，16位；用于检验数据完整性。
（2）紧急指针，16位；只有当URG标识位为1时，紧急指针才有效。紧急指针的值与序号的相加值为紧急数据的最后一个字节位置。用于发送紧急数据。
参考：https://blog.csdn.net/qq_39584315/article/details/79387811
UDP首部
udp是一个无连接不可靠的数据报传输协议，一般用于即使通信，直播，视频等形式。
校验和
Ip校验是针对ip头部的，即仅校验ip头部。 TCP首部校验和计算三部分：TCP首部+TCP数据+TCP伪首部。tcp校验需要将ip伪首部、tcp报文头、tcp数据分为16位的字，然后进行累加按位取反。Udp校验与tcp校验基本上是一致的。
伪首部
伪首部共有12字节，包含IP首部的一些字段，有如下信息：32位源IP地址、32位目的IP地址、8位保留字节(置0)、8位传输层协议号(TCP是6，UDP是17)、16位报文长度(首部+数据)。
伪首部是为了增加校验和的检错能力：通过伪首部的目的IP地址来检查TCP报文是否收错了、通过伪首部的传输层协议号来检查传输层协议是否选对了。 虽然IP首部的校验和会校验IP，但数据包经过中间器件（路由器）的时候，这些中间器件可能会修改IP首部的内容，例如同时修改目的IP和IP首部校验和。这样一来将导致错误的接收方接收到该数据包。因此在TCP的伪首部加上IP地址，可以防止错收报文。
TCP三次握手
为什么是三次握手不是四次或两次
可以按一下思路回答：
首先介绍tcp连接的特性：面向连接的可靠地字节流传输协议。然后介绍tcp中的序列号和确认号（保证可靠和tcp分段传输）。然后介绍握手的目的：1.客户端和服务端确认连接可通，自己能发出去对方能收到，对方能发出去，自己能收到。2.协商一个传输的初始序列号
为什么不是四次：
服务器的syn和ack可以整合到一次，提高效率。
为什么不是两次：
如果只有两次，服务器没有收到客户端的ack，服务器无法知道服务器到客户端的传输是否可靠。2.客户端和服务器没有就服务器的初始序列号达成一致。
参考：https://www.zhihu.com/question/24853633
四次挥手
有几个细节需要注意：
1、与SYN报文一样，FIN报文段即使不携带数据，也要消耗一个序号。
2.当客户端发送fin，服务端回复ack后，tcp连接处于半关闭状态，即客户端已经没有数据要发送了，但是服务器若发送数据，客户端依然要接受。正是因为有半关闭状态，不需要客户端和服务器同时断开，因此才会有四次挥手。
3.当服务器发出fin，只要收到了客户端的ack，就进入CLOSED状态，关闭tcp连接。而客户端回复ack后，必须经过2*MSL（最长报文段寿命）的时间后，才会关闭tcp连接。
为什么客户端最后还要等待2MSL？
保证客户端发送的最后一个ACK报文能够到达服务器，因为这个ACK报文可能丢失，站在服务器的角度看来，我已经发送了FIN+ACK报文请求断开了，客户端还没有给我回应，应该是我发送的请求断开报文它没有收到，于是服务器又会重新发送一次，而客户端就能在这个2MSL时间段内收到这个重传的报文，接着给出回应报文，并且会重启2MSL计时器。
tcp分段和ip分片
分组可以发生在运输层和网络层，运输层中的TCP会分段，网络层中的IP会分片。IP层的分片更多的是为运输层的UDP服务的，由于TCP自己会避免IP的分片，所以使用TCP传输在IP层都不会发生分片的现象。IP数据报分片后，只有第一片带有UDP首部或ICMP首部，其余的分片只有IP头部，到了端点后根据IP头部中的信息再网络层进行重组。而TCP报文段的每个分段中都有TCP首部，到了端点后根据TCP首部的信息在传输层进行重组。
对IP分片的数据报来说，如果需要重传，即使只丢失一片数据也要重新传整个数据报，这是因为IP层本身没有超时重传机制。这也是为什么tcp要避免ip分片的原因。
MTU（最大传输单元）
MTU是链路层中的网络对数据帧的一个限制，依然以以太网为例，MTU为1500个字节。一个IP数据报在以太网中传输，如果它的长度大于该MTU值，就要进行分片传输，使得每片数据报的长度小于MTU。分片传输的IP数据报不一定按序到达，但IP首部中的信息能让这些数据报片按序组装。IP数据报的分片与重组是在网络层进完成的。
路径MTU
如果两台主机之间的通信要通过多个网络，那么每个网络的链路层就可能有不同的MTU。重要的是两台通信主机路径中的最小MTU。它被称作路径MTU。两台主机之间的路径MTU不一定是个常数。它取决于当时所选择的路由。而选路不一定是对称的（从A到B的路由可能与从B到A的路由不同），因此路径MTU在两个方向上不一定是一致的。
MSS（最大分段大小）
MSS是TCP里的一个概念（首部的选项字段中）。MSS是TCP数据包每次能够传输的最大数据分段，TCP报文段的长度大于MSS时，要进行分段传输。TCP协议在建立连接的时候通常要协商双方的MSS值，每一方都有用于通告它期望接收的MSS选项（MSS选项只出现在SYN报文段中，即TCP三次握手的前两次）。MSS的值一般为MTU值减去两个首部大小（需要减去IP数据包包头的大小20Bytes和TCP数据段的包头20Bytes）所以如果用链路层以太网，MSS的值往往为1460。而Internet上标准的MTU（最小的MTU，链路层网络为x2.5时）为576，那么如果不设置，则MSS的默认值就为536个字节。很多时候，MSS的值最好取512的倍数。TCP报文段的分段与重组是在运输层完成的。
tcp拥塞控制
TCP的四种拥塞控制算法：
1.慢开始
2.拥塞控制
3.快重传
4.快恢复
参考：https://blog.csdn.net/qq_41431406/article/details/97926927
滑动窗口
滑动窗口协议解决的是流量控制的的问题，接收端的缓存传输数据给应用层，但这个过程不一定是即时的，如果发送速度太快，会出现接收端数据overflow，流量控制解决的是这个问题。
该协议允许发送方在停止并等待确认前发送多个数据分组。由于发送方不必每发一个分组就停下来等待确认，因此该协议可以加速数据的传输，提高网络吞吐量。
TCP会话的双方都各自维护一个发送窗口和一个接收窗口。各自的接收窗口大小取决于应用、系统、硬件的限制（TCP传输速率不能大于应用的数据处理速率）。各自的发送窗口则要求取决于对端通告的接收窗口。
窗口的概念
发送方的发送缓存内的数据都可以被分为4类:
1. 已发送，已收到ACK
2. 已发送，未收到ACK
3. 未发送，但允许发送
4. 未发送，但不允许发送
其中类型2和3都属于发送窗口。
接收方的缓存数据分为3类：
1. 已接收
2. 未接收但准备接收
3. 未接收而且不准备接收
其中类型2属于接收窗口。
滑动机制
1.发送窗口只有收到发送窗口内字节的ACK确认，才会移动发送窗口的左边界。
2.接收窗口只有在前面所有的段都确认的情况下才会移动左边界。当在前面还有字节未接收但收到后面字节的情况下，窗口不会移动，并不对后续字节确认。以此确保对端会对这些数据重传。
3.遵循快速重传、累计确认、选择确认等规则。
参考：https://blog.csdn.net/yao5hed/article/details/81046945
TCP的四个计时器
TCP中有四种计时器（Timer），分别为：
1.重传计时器：Retransmission Timer
2.坚持计时器：Persistent Timer
3.保活计时器：Keeplive Timer
4.时间等待计时器：Timer_Wait Timer
（1）重传计时器
当TCP发送报文段时，就创建该特定报文的重传计时器。可能发生两种情况：
1.若在计时器截止时间到之前收到了对此特定报文段的确认，则撤销此计时器。
2.若在收到了对此特定报文段的确认之前计时器截止时间到，则重传此报文段，并将计时器复位。
（2）持久计时器
当接收端缓存填满时，由于滑动窗口算法，发送端会停止发送数据，直到接收端发送一个宣布非0窗口的ack，但这个确认可能会丢失，导致发送方和接收方都等待对方发送消息。
因此TCP为每一个链接使用一个持久计时器。当发送房收到窗口大小为0的确认时，就启动持久计时器。当持久计时器期限到时，发送方就发送一个探测报文。这个报文段只有一个字节的数据，虽然他有一个序号，但他的序号永远不需要确认。若发送探测报文后仍没有收到从接收端来的响应，发送端会将坚持计时器设定的值加倍和复位，直到这个值增大到门限值（通常是60秒）为止。
（3）保活计时器
保活计时器用来防止在两个TCP之间的连接出现长时间的空闲。服务器设置保活计时器，每当服务器收到客户的信息，就将计时器复位。通常设置为两小时。若服务器过了两小时还没有收到客户的信息，他就发送探测报文段。若发送了10个探测报文段（每一个像个75秒）还没有响应，就假定客户除了故障，因而就终止了该连接。
这种连接的断开当然不会使用四次握手，而是直接硬性的中断和客户端的TCP连接。
（4）时间等待计时器
时间等待计时器是在四次握手的时候使用的。发送最后一个ack的一端要等待2MSL（MSL=maxinum segment lifetime最长报文生存时间，2MSL就是两倍的MSL），确保另一端接受到了ack。
