概述
TCP提供一種面向連接的、可靠的字節流服務。是面向應用與進程之間的全雙工數據流通信，傳輸過程建立在穩定的網絡連接的基礎上，使用三次握手的方式建立連接，四次揮手的方式斷開連接，同時還具有流量控制的、擁塞控制等特點。其位於層次結構的傳輸層位置。
TCP連接結構
狀態變量的初始化
應用與進程在建立連接時，先是通過“三次握手”建立連接，而這一握手的過程實際是數據報文的傳輸與應答，而爲了維持這一過程就需要諸多的TCP狀態變量來描述。
套接字（Socket）
傳輸的雙方使用一種名爲套接字結構來進行端點之間的邏輯描述，其由端點處的IP地址與端口號來描述，在實際的實現中，這一結構被寫到報文段中進行用於建立連接。
緩存
當連接建立完成後，端與端之間的通信就可以進行了，在發送與接受的雙方都會設置一個緩存區域，用於暫存傳輸的報文數據，並實現異步的處理與流量控制（可以根據緩存區的情況來控制數據的接受與發送）。
綜上述，一個完整的TCP連接包含了兩個通信端，每一個通信端都含有狀態變量，套接字與緩存區，而在連接之間是以數據報文的傳輸來進行數據通信的。
報文結構
基於層次模型，TCP的報文數據是要由IP協議進行傳輸的所以，TCP的報文封裝到了IP協議的報文結構中，位於IP報文的數據段中，而TCP報文結構同樣分爲兩段，一個首部段，一個數據段。
首部結構
報文的結構以4字節32位進行對齊，前20字節爲固定的首部結構。
各個字段的描述：
- 源端口，16位（0~65535）發送報文端的端口號。
- 目的端口，16位（0~65535）目的端的端口號
- 序列號，32位，在數據傳輸中，由於是分段進行的數據流傳輸，所以傳輸的每一個字節會有一個編號用於數據校驗與保證可靠傳輸，這一字段爲數據段中第一個字節的編號。
- 確認號，32位，用作對另一方發送的tcp報文段的響應。其值是期望收到對方的下一個報文段的數據的第一個字節的序號。
- 數據偏移（首部長度），4位（0~15），用於描述TCP報文的首部長度（20字節固定端+可選的選項端）（數據偏移：報文段的數據起始處距離 TCP 報文段的起始處有多遠），其中長度單位是32 位字（以 4 字節爲計算單位），所以首部的範圍爲20字節到60字節之間，後面的選項段最大爲40字節。
- 保留段，6位，暫時未用。
- 標誌字段URG（緊急），URG=1，表明緊急指針字段有效。說明報文段中有緊急數據，應儘快傳送(相當於高優先級的數據)。
- 標誌字段ACK（確認），只有當 ACK = 1 時確認號字段纔有效。當ACK = 0 時，確認號無效。
- 標誌字段PSH（推送），接收端收到 PSH = 1 的報文段，就儘快地交付接收的應用進程，不再等到整個緩存都填滿了後再向上交付。
- 標誌字段RST（復位），當 RST = 1 時，表明 TCP 連接中出現嚴重差錯（如由於主機崩潰或其他原因），必須釋放連接，然後再重新建立運輸連接。
- 標誌字段SYN（同步），同步 SYN = 1 表示這是一個連接請求或連接接受報文。
- 標誌字段FIN（終止），用來釋放一個連接。FIN = 1 表明此報文段的發送端的數據已發送完畢，並要求釋放運輸連接。
- 窗口字段，16位，用來控制對方發送的數據量，單位爲字節。
- 校驗和，16位，奇偶校驗，此校驗和是對整個的 TCP 報文段，包括 TCP 頭部和 TCP 數據，以 16 位字進行計算所得。由發送端計算和存儲，並由接收端進行驗證。在計算檢驗和時，要在 TCP 報文段的前面加上 12 字節的僞首部。
- 緊急指針，16位，指出在本報文段中緊急數據共有多少個字節（緊急數據放在本報文段數據的最前面）。
選項結構
選項的結構是以8位一字節爲對齊單位，但是選項的最大長度還要保持在上文所述的40字節，選項分爲單字節類型與多字節類型，單字節類型由一個字節組成，說明選項的類型號，多字節類型有三個部分，分別是選項的類型（1字節），長度（1字節），選項值（可能有多個字節）。下面列舉常見的幾種類型：其中kind爲0的時候表示選項表結束。
- 類型1是空操作項，一般用於填充對齊。
- 類型2最大報文段長度，連接初始化的時候，雙方會使用該選項來確定傳輸中報文的最大長度（Max Segment Size，MSS），一般設置爲MTU-40（Maximum Transmission Unit，MTU，最大傳輸單元，指一種通信協議的某一層上面所能通過的最大數據包大小），40是IP報文與TCP報文的頭部大小。選項總長4字節。
- 類型3窗口擴大因子，連接的初始化的時候，使用這一選項來進行窗口擴大因子的確認。在實際的數據傳輸中爲了獲得更大的吞吐率，窗口會在適時的時候進行擴大，新的窗口值（W）使原有窗口值（w）左移選項中的位數（o）後得到的：W=w<<o（乘以2的o次方）（o的取值最大爲14）。選項總長3字節。
- 類型4選擇性確認，該選項用於在連接初始化時表示是否支持選擇性確技術（當出現數據包丟失時，TCP會將最後確認的報文後續的所有報文重發，但是在這些報文中往往有部分已近被接收了，所以通過選擇性的告知發送方那些已經接收到了，來提高傳輸效率，避免重複發送）。選項總長2字節。
- 類型5是選擇性確認的具體確認選項，該選項中包含了已收到的不連續的數據塊，每一塊由兩個部分組成，分別是數據塊最左邊的報文序號，和數據塊最右邊的報文序號，一個序號佔4字節，一個數據塊佔8字節（總體長度還在40字節內）。選項的總長度爲8n+2，n爲數據塊的數量。
- 類型8時間戳，分爲時間戳字段與回顯時間戳字段，每個字段4字節，分別表示發送時的時間戳與接受時的時間戳，在接受方發送應答報文時會把接收時的時間戳發回，由此可以計算通信雙方之間的迴路時間（Round Trip Time，RTT），選項的總長度爲10。
填充字段
在報文的頭部結尾，爲了保持字節的對齊，會在末尾進行字段的填充。這一字段爲填充字段。
數據
緊跟着報文頭部後面的就是數據部分了，這一段就是報文信息的主體部分，相關的數據長度已經在頭部中確定好了。