TCP 报文段结构

 

源端口、目标端口：计算机上的进程要和其他进程通信是要通过计算机端口的，而一个计算机端口某个时刻只能被一个进程占用，所以通过指定源端口和目标端口，就可以知道是哪两个进程需要通信。源端口、目标端口是用 16 位表示的，可推算计算机的端口个数为 2^16 个。

序列号：表示本报文段所发送数据的第一个字节的编号。在 TCP 连接中所传送的字节流的每一个字节都会按顺序编号。由于序列号由 32 位表示，所以每 2^32 个字节，就会出现序列号回绕，再次从 0 开始。那如何区分两个相同序列号的不同 TCP 报文段就是一个问题了，后面会有答案，暂时可以不管。

确认号：表示接收方期望收到发送方下一个报文段的第一个字节数据的编号。也就是告诉发送发：我希望你（指发送方）下次发送的数据的第一个字节数据的编号是这个确认号。也就是告诉发送方：我希望你（指发送方）下次发送给我的 TCP 报文段的序列号字段的值是这个确认号。

TCP 首部长度：由于 TCP 首部包含一个长度可变的选项部分，所以需要这么一个值来指定这个 TCP 报文段到底有多长。或者可以这么理解：就是表示 TCP 报文段中数据部分在整个 TCP 报文段中的位置。该字段的单位是 32 位字，即：4 个字节。

URG：表示本报文段中发送的数据是否包含紧急数据。URG=1，表示有紧急数据。后面的紧急指针字段只有当 URG=1 时才有效。

ACK：表示是否前面的确认号字段是否有效。ACK=1，表示有效。只有当 ACK=1 时，前面的确认号字段才有效。TCP 规定，连接建立后，ACK 必须为 1。

PSH：告诉对方收到该报文段后是否应该立即把数据推送给上层。如果为 1，则表示对方应当立即把数据提交给上层，而不是缓存起来。

RST：只有当 RST=1 时才有用。如果你收到一个 RST=1 的报文，说明你与主机的连接出现了严重错误（如主机崩溃），必须释放连接，然后再重新建立连接。或者说明你上次发送给主机的数据有问题，主机拒绝响应。

SYN：在建立连接时使用，用来同步序号。当 SYN=1，ACK=0 时，表示这是一个请求建立连接的报文段；当 SYN=1，ACK=1 时，表示对方同意建立连接。SYN=1，说明这是一个请求建立连接或同意建立连接的报文。只有在前两次握手中 SYN 才置为 1。

FIN：标记数据是否发送完毕。如果 FIN=1，就相当于告诉对方：“我的数据已经发送完毕，你可以释放连接了”

窗口大小：表示现在运行对方发送的数据量。也就是告诉对方，从本报文段的确认号开始允许对方发送的数据量。

校验和：提供额外的可靠性。具体如何校验，参考其他资料。

紧急指针：标记紧急数据在数据字段中的位置。

选项部分：其最大长度可根据 TCP 首部长度进行推算。TCP 首部长度用 4 位表示，那么选项部分最长为：(2^4-1)*4-20=40 字节。

选项部分的应用：

MSS 最大报文段长度 (Maxium Segment Size)：指明数据字段的最大长度，数据字段的长度加上 TCP 首部的长度才等于整个 TCP 报文段的长度。MSS 值指示自己期望对方发送 TCP 报文段时那个数据字段的长度。通信双方可以有不同的 MSS 值。如果未填写，默认采用 536 字节。MSS 只出现在 SYN 报文中。即：MSS 出现在 SYN=1 的报文段中。

窗口扩大选项 (Windows Scaling)：由于 TCP 首部的窗口大小字段长度是 16 位，所以其表示的最大数是 65535。但是随着时延和带宽比较大的通信产生（如卫星通信），需要更大的窗口来满足性能和吞吐率，所以产生了这个窗口扩大选项。

SACK 选择确认项 (Selective Acknowledgements)：用来确保只重传缺少的报文段，而不是重传所有报文段。比如主机 A 发送报文段 1、2、3，而主机 B 仅收到报文段 1、3。那么此时就需要使用 SACK 选项来告诉发送方只发送丢失的数据。那么又如何指明丢失了哪些报文段呢？使用 SACK 需要两个功能字节。一个表示要使用 SACK 选项，另一个指明这个选项占用多少字节。描述丢失的报文段 2，是通过描述它的左右边界报文段 1、3 来完成的。而这个 1、3 实际上是表示序列号，所以描述一个丢失的报文段需要 64 位即 8 个字节的空间。那么可以推算整个选项字段最多描述 (40-2)/8=4 个丢失的报文段。

时间戳选项（Timestamps）：可以用来计算 RTT(往返时间)，发送方发送 TCP 报文时，把当前的时间值放入时间戳字段，接收方收到后发送确认报文时，把这个时间戳字段的值复制到确认报文中，当发送方收到确认报文后即可计算出 RTT。也可以用来防止回绕序号 PAWS，也可以说可以用来区分相同序列号的不同报文。因为序列号用 32 为表示，每 2^32 个序列号就会产生回绕，那么使用时间戳字段就很容易区分相同序列号的不同报文。

NOP(NO-Operation)：它要求选项部分中的每种选项长度必须是 4 字节的倍数，不足的则用 NOP 填充。同时也可以用来分割不同的选项字段。如窗口扩大选项和 SACK 之间用 NOP 隔开。

 

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