OSI的7层过于复杂，于是有人简化了一下，改成了2层，软件部分是应用层，硬件部分是物理层。再后来，有人提出过于简单，又添加了两个新成员：TCP/IP在软硬件层之间。

各厂商遵循同一套协议，实现不同厂商之间的互联。协议就是一组规范，大家都能够明白的事实。

TCP/IP协议簇

传输层协议：TCP看做是买了保险，有保障；UDP看做是没有买保险，没有保障。TCP面向连接，所有能够可靠传输；UDP面向无连接，所以无法保证可靠性。

如何保证面向连接？—— 会话双方需要存在互动过程

• TCP协议建立连接时需要完成三次捂手
• TCP协议断开连接时需要完成四次挥手

协议簇的作用

最底层的以太网协议规定了电子信号如何转换成数据包，用来实现子网内部的点到点通信。但是，以太网协议不能实现子网间通信（局域网与局域网之间），所以依赖IP协议。

IP协议制定了一套自己的地址规则，俗称IP地址。用它实现三层路由功能，允许一个子网内的主机可以向另一个子网的主机发送消息。

如何实现三层路由功能的呢？

在路由器（三层转发的设备）里有n个接口，并且会有张路由表，专门记录路由条目。规定网段A走接口1，网段B走接口2……，实现数据包的转发。

IP协议只能用来指路，不能保证数据包是否抵达目的端。若是数据包在转发途中丢失，就需要知道是哪一个数据包没有正确传输（产生丢包）。 感知到丢包后，需要将没有抵达目的端的数据包进行重新发送。

如何确保0丢包？

就需要依赖TCP协议的可靠性。TCP保证数据通信的完整性，防止丢包。

TCP数据包

大小

以太网数据包的大小从1518字节扩展到1522字节（默认固定值）。其中，1500字节是负载（传输层一次能处理的最大能力）；22字节是帧头信息。

IP数据包在以太网数据包的负载里面，IP头部占20字节，所以IP数据包的可用负载最多是1480字节

TCP数据包在IP数据包的负载里面，TCP头部最少也需要20字节，所以TCP数据包最大负载只有1460字节。实际情况，IP和TCP会有额外的头部信息，所以TCP负载的大小在1400字节左右。

综上，应用层产出一条1500字节的信息就需要2个TCP数据包。

编号 SEQ

一次产生大量数据，就需要分成多个包。比如，一个20M的文件，需要发送14200多个包。

往网络层发送数据包的时候，TCP协议为每个包进行编号，为了接收方能够还原出原始数据。在产生丢包时，也能知道是丢的那些包。

第一个包的编号是一个随机数，第二个包的编号是随机数+负载长度。例，第一个包的编号是1，负载大小是100字节，第二个包的编号就是1+100=101。

每个数据包都可以知道两个编号，自己本身的SEQ和下一个包的SEQ。接收方依据SEQ可以还原原始数据。

数据包组装过程

收到TCP数据包后，组装还原是通过操作系统完成的。应用程序不直接处理TCP数据包，而是处理TCP数据包里的数据。

TCP没有方式表示原始文件的大小。是需要通过应用层的协议来规定，例如HTTP协议的一个头信息Content-Length表示原始数据的大小。

操作系统做的是：不断的接收TCP数据包，并按照SEQ的编号组装好。并不处理TCP数据包里的数据。数据一旦被组装好后，就把他们转交给应用程序。

如何提交到正确的应用程序呢？

TCP数据包里会有一个port参数，操作系统根据port参数指定转交给监听此端口的应用程序。

例如，HTTP协议。浏览器接收到原始数据后，根据HTTP协议里Content-Length字段正确读取一段段完整的数据。也就是，一次TCP通信可以包含多个HTTP请求

慢启动与ACK

服务器端发送数据，当然是越快越好，要是一次就能发送出去，那就在好不过了。但是发的越快，丢包了怎么办。在带宽小、路由器性能差的线路上丢包概率会大大发生。

合理状态下，是在线路允许的最高速率下传输。那要怎么知道对方支持的最大速率是多少呢？被人告诉你？不可能的，只有通过慢慢试，找到一个平衡点。

TCP协议开始发送数据的时候，是慢慢发数据，通过丢包的情况，调整速率。若不丢包，就慢慢提高速度；若丢包，就降低发送速度。

在LINUX内核里有个常量是TCP_INIT_CWND，在通信开始，发送方一次性发送10个TCP数据包，也就是发送窗口为10。然后停止，等待接收方的确认，再继续发送。

默认，接收方收到两个TCP数据包，就要发送一个确认消息（ACK），表示自己收到了发送方的2个TCP数据包。ACK里有两个信息，一个是期待下一个数据包的编号，一个是接收方的接收窗口的剩余容量。发送方通过ACK消息，就能大致推测出接收方大概的接收速度，从而决定是降低发送速率，还是提高发送速率。这被称为“发送窗口“，窗口大小可变（可滑动）。

因为TCP通信是可靠双向的，所以双方都需要发送ACK。两方的窗口可能不同。ACK只有简单的几个字段，通常会和数据合并在一起发送。

数据包丢失处理

TCP协议怎么保证数据通信的完整性？

每个数据包都有一个下一个数据包的编号。如果下一个数据包编号没有收到，那ACK的编号就不再发生变化。

例，接收方收到4号包，没收到5号包。ACK就会记录，期待收到5号包。过一段时间，收到5号包后，ACK就发生变化，期待6号包。如果5号包没有收到，就先收到了6号包、7号包，那么ACK期望的编号就不会发生变化，总是期望5号包。也就会导致大量的ACK产生。

避免大量ACK产生，发送方如果连续三次接收到重复的ACK，或者超时后没收到任何ACK，就会确认这是产生了丢包，也就是5号包丢失了，从而需要再次发送这个包。通过这个机制，TCP保证了不会有任何数据包丢失（0丢包）。