概述
總體來說TCP通過以下方式保證數據的可靠傳輸：
- 確認重傳
- 數據校驗
- 數據分片和排序
- 流量控制
- 擁塞控制
數據校驗
TCP校驗和是一個端到端的校驗和，由發送端計算，然後由接收端驗證。其目的是爲了發現TCP首部和數據在發送端到接收端之間發生的任何改動。如果接收方檢測到校驗和有差錯，則TCP段會被直接丟棄。
數據分片
TCP會按MTU合理分片，接收方會緩存未按序到達的數據，重新排序後再交給應用層。
MTU（最大傳輸單元），是鏈路層中的網絡對數據幀的一個限制。
MSS（最大分段大小），MSS是TCP裏的一個概念（首部的選項字段中）。MSS是TCP數據包每次能夠傳輸的最大數據分段，TCP報文段的長度大於MSS時，要進行分段傳輸。
回顧滑動窗口
滑動窗口協議
TCP採用滑動窗口協議來實現流水線傳輸。
爲什麼要使用滑動窗口協議
因爲發送端希望在收到確認前，繼續發送其它報文段。
發送方有一個發送窗口，發送窗口範圍內的數據允許發送，隨着接收方傳來的確認信息，以及通知的接收窗口大小來動態調整發送窗口的起始位置以及大小。
發送窗口大小等於接收方提供的接收窗口的大小。
發送方會根據網絡擁塞情況來動態調整發送窗口大小，前提是發送方發送窗口大小不大於接收方接收窗口大小。
窗口滑動的三種情況
- 前沿向右移動，這種情況發生在數據發送並被確認時。
- 情況發生在接收窗口增大或者網絡擁塞情況緩解時。
- 後沿向左移動，這種情況發生在接收方希望發送窗口縮小時，TCP標準強烈不建議出現這種情況。因爲發送方在收到縮小窗口的通知時，可能已經發送了一些縮小部分的數據，容易造成錯誤。
TCP接收方有累計確認功能，接收方不必立刻對收到的數據進行確認，這樣可以減少傳輸開銷。
累積確認功能使得接收方只對按序到達的最後一個分組發送確認，表示這個分組之前的分組已經全部到達。
另外接收方不能夠準確的通知發送方已經發送到接收方的數據分組。
例如：
序號5、6、7、9、10分組到達接收方，接收方發送的確認序號是8，接收方沒有收到序號8的分組，希望下次收到序號8的分組。而序號9、10分組雖然已經到達的事實，發送方並不知曉。
這會導致一個問題：一旦發生超時重傳的情況，發送方是否需要再次發送已經到達的數據呢。
這裏引入了ARQ協議：滑動窗口協議 與 自動重傳請求技術結合形成ARQ協議。
根據超時重發數據方式的不同分爲後退N幀ARQ協議和選擇重發ARQ協議。
後退N幀ARQ協議
在發生超時重傳時，後退N幀ARQ協議不考慮確認序號之後的分組是否已經發送到接收方，直接從確認序號開始重傳之後的數據。
選擇重傳ARQ協議
選擇重傳ARQ協議是指在接收方收到未按序排列的數據流時，通知發送方重傳缺失的數據，而不是重傳全部數據。TCP數據段首部中添加選擇確認選項SACK可以實現該目的。
超時重傳
爲了管理TCP連接，引入了以下四個定時器：
- 重傳定時器：決定何時重傳未被確認的數據分組。
- 持續定時器：使窗口大小信息保持不斷流動。避免死鎖。
- 保活定時器：檢測空閒連接的另一端是否崩潰或重啓。
- 2MSL定時器：測量一個連接處於TIME_WAIT狀態的時間。
流量控制
TCP連接建立時，接收方會在確認報文段中給出自己接收窗口的大小。在每次發送確認報文時能夠根據情況動態調整接收窗口的大小，並將告知發送方。如下圖所示：
流量控制簡單來說就是接收方處理不過來的時候，就把窗口縮小，並把窗口值告訴發送端。
擁塞控制
擁塞控制是指防止過多的數據注入網絡中，這樣可以使網絡中路由器或者鏈路不致過載。
TCP進行擁塞控制常用的算法有四種：慢啓動、擁塞避免、快重傳、快恢復。
慢啓動
發送方維持一個擁塞窗口 cwnd ( congestion window )的狀態變量。擁塞窗口的大小取決於網絡的擁塞程度，並且動態地在變化。
發送方控制擁塞窗口的原則是：只要網絡沒有出現擁塞，擁塞窗口就再增大一些，以便把更多的分組發送出去。但只要網絡出現擁塞，擁塞窗口就減小一些，以減少注入到網絡中的分組數。
慢啓動算法：
通常在剛剛開始發送報文段時，先把擁塞窗口 cwnd 設置爲一個最大報文段MSS的數值。
每經過一個傳輸輪次，擁塞窗口 cwnd 就加倍。
擁塞避免
爲了防止擁塞窗口cwnd增長過大引起網絡擁塞，還需要設置一個慢開始門限ssthresh狀態變量。
當 cwnd < ssthresh 時，cwnd以慢開始的方法指數增長；
當 cwnd > ssthresh 時，cwnd以擁塞避免的方法線性增長。
無論在慢開始階段還是在擁塞避免階段，只要發送方判斷網絡出現擁塞（其根據就是沒有收到確認），就要把慢開始門限ssthresh設置爲出現擁塞時的發送方窗口值的一半（但不能小於2）。然後把擁塞窗口cwnd重新設置爲1，執行慢開始算法。
快重傳
如果個別報文段在網絡中丟失，網絡並沒有發生擁塞，這種情況下發送方收不到確認報文，在超時之後會重傳該報文。發送方誤以爲網絡發生擁塞，錯誤的啓動慢開始算法，降低了傳輸效率。
採用快重傳算法可以讓發送方儘早知道個別報文段的丟失。快重傳算法要求接收方不要延時發送確認，即使收到失序的報文段也要立刻發送對已收到報文的重複確認。
接收方收到M1之後發送對M1的確認報文，M2報文丟失，之後接收方收到M3、M4、M5時每次都發送對M1報文的重複確認。快重傳算法規定當收到三次重複確認後，發送方就認爲M2報文段丟失，立即重傳M2報文段，而不用等待超時時再重傳，這樣可以避免發送方誤認爲網絡發生擁塞。
快恢復
在快重傳算法執行後，發送方知道只是丟失個別報文，而不是網絡發生擁塞。之後並不會執行慢啓動算法，而是執行快恢復算法：調整門限值ssthresh = cwnd/2，同時設置cwnd = ssthresh + 3 SMSS。從這裏直接線性增長，這就是快速恢復。
