一、TCP使用场景

TCP 协议提供了可靠性常用的使用场景： HTTP 协议、消息队列、存储、缓存，都需要用到 TCP 协议。

二、TCP 的拆包和粘包

TCP 是一个传输层协议。TCP 发送数据的时候，往往不会将数据一次性发送，像下图这样：

而是将数据拆分成很多个部分，然后再逐个发送。像下图这样：

在传输层封包不能太大：

• 会将数据拆分成不超过缓冲区大小的一个个部分
• 每个部分有一个独特的名词，叫作 TCP 段（TCP Segment）
• 在接收数据的时候，一个个 TCP 段又被重组成原来的数据

拆包是将数据拆分成多个 TCP 段传输。
粘包是将多个数据合并成一个 TCP 段发送。

三、TCP 段

• Source Port/Destination Port 描述的是发送端口号和目标端口号，代表发送数据的应用程序和接收数据的应用程序。比如 80 往往代表 HTTP 服务，22 往往是 SSH 服务……
• Sequence Number 和 Achnowledgment Number 是保证可靠性的两个关键。
• Data Offset 是一个偏移量。这个量存在的原因是 TCP Header 部分的长度是可变的，因此需要一个数值来描述数据从哪个字节开始。
• Reserved 是很多协议设计会保留的一个区域，用于日后扩展能力。
• URG/ACK/PSH/RST/SYN/FIN 是几个标志位，用于描述 TCP 段的行为。也就是一个 TCP 封包到底是做什么用的？

1）URG 代表这是一个紧急数据，比如远程操作的时候，用户按下了 Ctrl+C，要求终止程序，这种请求需要紧急处理。

2）ACK 代表响应，我们在“02 | 传输层协议 TCP：TCP 为什么握手是 3 次、挥手是 4 次？”讲到过，所有的消息都必须有 ACK，这是 TCP 协议确保稳定性的一环。

3）PSH 代表数据推送，也就是在传输数据的意思。

4）SYN 同步请求，也就是申请握手。

5）FIN 终止请求，也就是挥手。

以上这 5 个标志位，每个占了一个比特，可以混合使用。比如 ACK 和 SYN 同时为 1，代表同步请求和响应被合并了。这也是 TCP 协议，为什么是三次握手的原因之一。

6）Window 也是 TCP 保证稳定性并进行流量控制的工具。

7）Checksum 是校验和，用于校验 TCP 段有没有损坏。

8）Urgent Pointer 指向最后一个紧急数据的序号（Sequence Number）。它存在的原因是：有时候紧急数据是连续的很多个段，所以需要提前告诉接收方进行准备。

9）Options 中存储了一些可选字段，比如接下来我们要讨论的 MSS（Maxiumun Segment Size）。
10）Padding 存在的意义是因为 Options 的长度不固定，需要 Pading 进行对齐。

四、Sequence Number(SEQ) 和 Acknowledgement Number(ACK)

在 TCP 协议的设计当中，数据被拆分成很多个部分，部分增加了协议头。合并成为一个 TCP 段，进行传输。这个过程，我们俗称拆包。这些 TCP 段经过复杂的网络结构，由底层的 IP 协议，负责传输到目的地，然后再进行重组。

稳定性要求数据无损地传输，也就是说拆包获得数据，又需要恢复到原来的样子。而在复杂的网络环境当中，即便所有的段是顺序发出的，也不能保证它们顺序到达，因此，发出的每一个 TCP 段都需要有序号。这个序号，就是 Sequence Number（Seq）。

五、答题

TCP 协议是如何恢复数据的顺序的，TCP 拆包和粘包的作用是什么？

TCP 拆包的作用是将任务拆分处理，降低整体任务出错的概率，以及减小底层网络处理的压力。拆包过程需要保证数据经过网络的传输，又能恢复到原始的顺序。这中间，需要数学提供保证顺序的理论依据。TCP 利用（发送字节数、接收字节数）的唯一性来确定封包之间的顺序关系。粘包是为了防止数据量过小，导致大量的传输，而将多个 TCP 段合并成一个发送。