我們都知道，TCP和UDP協議的區別在于TCP可以提供可靠的網絡數據傳輸，但UDP不能。

為什么TCP比較可靠呢？可能有人會回答，TCP是面向連接的，而UDP不是。連接是什么呢？它是一個像水管一樣的東西，把所有的數據往連接里一放就保證了數據完整有序到達嗎？其實不是的。

TCP/IP詳解對整個數據傳輸過程有著詳細的說明。我試著把其中關鍵的部分抽取出來，解釋一下TCP協議到底是怎么保證傳輸的可靠性的。

建立連接

連接是什么

當提到連接，我們本能的會把它想成一根水管或者繩子，建立連接就是把這個水管或者繩子接起來。在通信的時候，我們會把連接想象成一個獨立的通道，建立連接后所有的數據都順著這個通道傳輸出去，對方就能收到有序完整的數據。但是實際上，因為各種各樣的問題（硬件故障、網絡阻塞、攻擊等）的存在，網絡傳輸通道本身就不可靠。
所以，TCP里的所謂連接不是一個通道，它只是通信雙方建立的一個一對一的邏輯關系，讓雙方都明確對方是自己的通信目標。

既然雙方只存在邏輯約定，數據仍然可能在傳輸過程中會出現錯誤、丟失等各種狀況。那建立連接的意義是什么呢？舉個例子：

如果一開始雙方沒有建立連接的那幾步溝通，乙不知道甲到底要干什么，也不知道甲說的內容從什么地方開始到什么地方結束，甲乙就都沒法確保這次通信的完整和正確。

更多的細節可以參考到底什么是TCP連接？

三次握手建立連接

TCP通過三次握手的方式建立連接，具體的過程見下圖：

從圖中可以看到，三次握手的過程其實是一個客戶端和服務器各向對方發送一個數seq，并接收對方的ACK（收到的seq+1）的過程。第二次握手的數據里同時包含了服務器給客戶端的ACK和服務器發出的seq。
三次握手以后，連接雙方就同時進入ESTABLISHED(連接成功)狀態，準備開始數據傳輸。

如果想知道三次握手建立連接，或者四次揮手斷開連接的更多細節，可以看看簡析TCP的三次握手與四次分手這篇文章。
另外，知乎上為什么TCP是三次握手，而不是兩次或者四次握手這個問題，解釋了三次握手的設計初衷，值得一看。

傳輸數據

ACK機制

由于通信過程的不可靠性，傳輸的數據不可避免的會出現丟失、延遲、錯誤、重復等各種狀況，TCP協議為解決這些問題設計了一系列機制。
這個機制的核心，就是發送方向接收方發送數據后，接收方要向發送方發送ACK（回執）。如果發送方沒接收到正確的ACK，就會重新發送數據直到接收到ACK為止。
比如：發送方發送的數據序號是seq，那么接收方會發送seq + 1作為ACK，這樣發送方就知道接下來要發送序號為seq + 1的數據給接收方了。

我們來看看在不同的異常情況下，ACK機制是怎么工作的：

• 數據丟失或延遲。發送方發送數據seq時會起一個定時器，如果在指定時間內沒有接收到ACK seq + 1，就把數據seq再發一次。
• 數據亂序。接收方上一個收到的正確數據是seq + 4，它返回seq + 5作為ACK。這時候它收到了seq + 7，因為順序錯了，所以接收方會再次返回seq + 5給發送方。
• 數據錯誤。每一個TCP數據都會帶著數據的校驗和。接收方收到數據seq + 3以后會先對校驗和進行驗證。如果結果不對，則發送ACK seq + 3，讓發送方重新發送數據。
• 數據重復。接收方直接丟棄重復的數據即可。

ACK的優化

按照ACK機制，只要整個數據傳輸順利結束，接收方就能收到完整有序的數據了。但是，如果我們針對每一個數據包都發送ACK，就會有大量的網絡資源消耗在ACK的發送上，這不太劃算的。于是，TCP設計了延遲ACK的機制。

這個機制其實很簡單。客戶端一次給服務器發送多個數據包，當服務器收到客戶端的數據包時，不馬上發送ACK，而是稍微等一小段時間。在這個過程中服務器可能能收到后續幾個數據包，服務器就可以直接按照最后一個正確的數據發送ACK，減少發送ACK的總數。

除了延遲ACK的機制，TCP還做了很多對傳輸過程的優化，比如滑動窗口機制，比如慢啟動機制。由于跟本文的主題無關，我就不在這里多說了，有興趣的同學可以搜索來看看。

本人學識有限，文中難免有不嚴謹或者錯誤出現，希望各位讀者能幫忙指出，感謝。