TCP（Transmission Control Protocol）是一种面向连接、可靠、有序的传输层协议，它把底层可能丢包、乱序、重复到达的网络传输，抽象成应用可以连续读写的双向字节流。
核心问题
IP 层只尽力把数据包送到目标 IP 地址，不保证到达、不保证顺序、不负责重传，也不知道应用消息边界。应用如果直接面对这种服务，就要自己处理丢包、乱序、重复包、流量过快和网络拥塞。
TCP 解决的是“如何在不可靠网络上给应用提供可靠、有序、可控速率的进程到进程通信”的问题。它不是让网络变可靠，而是在两端主机内核中维护状态、编号、确认、重传和窗口，把复杂性藏在协议实现里。
核心机制
TCP 连接通常由四元组标识：
(源 IP, 源端口, 目的 IP, 目的端口)其中 IP 地址 定位主机或网络接口，端口 定位主机上的传输层入口。一个 Web 服务器可以在同一个 IP:443 上同时服务很多客户端，因为每个客户端的源 IP 和源端口不同，四元组不同。
TCP 的核心对象包括：
| 对象 | 含义 |
|---|---|
| sequence number | 字节序号，标记本段数据在字节流中的位置 |
| acknowledgement number | 确认号，表示“我已经收到这个编号之前的字节” |
| receive window | 接收窗口，告诉对端自己还能接收多少数据 |
| retransmission timer | 重传定时器，用于检测可能丢失的数据段 |
| send/receive buffer | 内核中的发送缓冲区和接收缓冲区 |
建立连接的典型三次握手是：
客户端 -> 服务端：SYN, seq = x
服务端 -> 客户端：SYN + ACK, seq = y, ack = x + 1
客户端 -> 服务端：ACK, ack = y + 1三次握手不是“打招呼”这么简单，它至少完成三件事：确认双方收发路径可用、交换初始序列号、让双方内核进入一致的连接状态。
可靠传输的核心循环可以简化为：
发送方：给每段字节编号 -> 发送 -> 等 ACK
接收方：按序接收 -> 缓存乱序片段 -> 返回 ACK
发送方：超时或收到重复 ACK -> 重传可能丢失的数据TCP 还要同时做两类速率控制：
- 流量控制：接收方通过窗口告诉发送方“我还能吃下多少”，避免把对方内核缓冲区打爆。
- 拥塞控制：发送方根据丢包、延迟和 ACK 节奏估计网络拥塞，控制自己向网络灌入数据的速度。
工程用途
- Web 协议：HTTP/1.1、HTTP/2 和 WebSocket 常运行在 TCP 上。
- 数据库连接：客户端和数据库服务端通过 TCP 长连接交换请求和响应。
- 远程登录和文件传输：SSH、SFTP、很多 RPC 框架依赖 TCP 的可靠字节流。
- 应用层长连接：长连接 复用同一条 TCP 连接，减少握手成本并支持持续推送。
常见观察指标包括连接数、SYN backlog、accept 队列、重传率、RTT、拥塞窗口、接收窗口、TIME_WAIT 数量、连接建立耗时和 socket 读写阻塞时间。
边界与常见坑
- TCP 是字节流，不是消息协议：一次
send()不一定对应一次recv()；应用必须用长度字段、分隔符或上层帧协议处理粘包/拆包。 - 可靠不等于永远不断：网络长时间中断、对端崩溃、NAT 超时、内核缓冲区耗尽都可能让连接失败。
- 有序会带来队头阻塞：前面某段丢失时，后面已到达的数据也不能直接交给应用层字节流。
- 连接是内核状态，不只是 fd：Socket 文件描述符只是应用访问连接状态的句柄。
- 关闭也有协议状态：FIN 表示正常半关闭，RST 表示异常重置，TIME_WAIT 用来吸收旧包并保证对端能收到最后 ACK。
- TCP 不定义业务语义：鉴权、请求响应、消息边界、重试幂等性仍由上层协议处理。