TCP首部

1. 引言

介紹TCP爲應用層提供的服務，以及TCP首部中的各個字段。

2. TCP首部

TCP數據被封裝在一個IP數據報中，如圖：

TCP首部的數據格式，若是不計選項字段，它一般是20個字節：

 

（1）16位源端口號和16位目的端口號：每一個TCP段都包含源端和目的端的端口號，用於尋找發端和收端應用進程。這兩個值加上IP首部中的源端IP地址和目的端IP地址惟一肯定一個TCP鏈接。

（2）32位序號：用來標示從TCP發端向TCP收端發送的數據字節流，它表示在這個報文段中的第一個數據字節，TCP用序號對每一個字節進行計數。序號是32位無符號數，序號到達2^32-1後又從0開始。當創建一個新的鏈接時，SYN標示變爲1，序號字段包含由這個主機選擇的該鏈接的初始序號ISN（Initial Sequence Number）。該主機要發送數據的第一個字節序號爲這個ISN加1，由於SYN標誌消耗了一個序號。TCP爲應用層提供全雙工服務，這意味數據能在兩個方向上獨立地進行傳輸，所以，鏈接的每一端必須保持每一個方向上的傳輸數據序號。

（3）32位確認序號：既然每一個傳輸的字節都被計數，確認序號包含發送確認的一端所指望收到的下一個序號。所以，確認序號應當是上次已成功收到數據字節序號加1。只有ACK=1時確認序號字段纔有效。TCP首部中的確認序號標示發方已成功收到字節，但還不包括確認序號所指的字節。當前還沒法對數據流中選定的部分進行確認。例如，若是1~1024字節已經成功收到，下一報文段中包含序號從2049~3072的字節，收端並不能確認這個新的報文段。它所能作的就是發回一個確認序號爲1025的ACK，它也沒法對一個報文段進行否定。例如，若是收到包含1025~2048字節的報文段，但它的校驗和錯誤，TCP接收端所能作的就是發回一個確認序號爲1025的ACK。

（4）4位首部長度：首部長度給出首部中32bit(4字節)的數目。須要這個值是由於選項字段長度是可變的，這個字段佔4位，所以，TCP最多有(1111)=15*4=60字節的首部，然而，沒有選項字段，正常的長度是20字節。

（5）保留(6位)：

（6）URG：緊急指針有效

（7）ACK：發送ACK無需任何代價，由於32位的確認序號字段和ACK標誌同樣，老是TCP首部的一部分。所以，咱們看到一旦一個鏈接創建起來，這個字段老是被設置，ACK標誌也老是被設置爲1。

（8）PSH：接收方應該儘快將這個報文段交給應用層

（9）RST：重建鏈接

（10）SYN：同步序號用來發起一個鏈接

（11）FIN：發端完成發送任務

（12）16位窗口大小：TCP的流量控制由鏈接的每一端經過聲明的窗口大小來提供。窗口大小爲字節數，起始於確認序號字段指明的值，這個值是接受端正指望接收的字節。窗口大小是一個16位字段，所以窗口大小最大爲65535字節。

（13）16位校驗和：校驗和覆蓋整個TCP報文段：TCP首部和TCP數據，這個一個強制性的字段，必定是由發端計算和存儲，並由收端進行校驗。

（14）16位緊急指針：只有URG=1時緊急指針纔有效，緊急指針是一個正的偏移量，和序號字段中的值相加標示緊急數據最後一個字節的序號。TCP的緊急方式是發送端向另外一端發送緊急數據的一種方式。

（15）選項：最多見的可選字段是最大報文長度MSS（Maximum Segment Size），每一個鏈接方一般都在通訊的第一個報文段中指明這個選項。

（16）數據：TCP實際報文。TCP報文段中的數據部分是可選的。在一個鏈接創建和一個鏈接終止時，雙方交換的報文段僅有TCP首部，若是一方沒有數據要發送，也使用沒有任何數據的首部來確認收到的數據，在處理超時的許多狀況下，也會發送不帶任何數據報文段。

2.1 TCP選項

TCP首部能夠包含選項部分，最初TCP規範中定義的選項是：（1）選項表結束（2）無操做（3）最大報文段長度
幾乎每一個SYN報文段中都遇到過MSS選項。
最新的TCP規範中定義了新的TCP選項：（1）選項表結束（2）無操做（3）最大報文段長度（4）窗口擴大因子（5）時間戳
如圖：

每一個選項的開始是1字節kind字段，說明選項的類型。kind字段是0和1的選項僅佔1個字節。
其餘選項在kind字節後還有len字節，它說明的長度是指總長度，包括kind字節和len字節。
設置無操做選項的緣由在於容許發送方填充字段爲4字節的倍數。
好比:<mss 512, nop, wscale 0, nop, nop, timestamp 146647 0>
MSS選項設置爲521，自己佔用4字節。後面是NOP，接着是窗口擴大選項。第一個NOP用來將窗口擴大選項填充爲4字節的邊界。
一樣，10字節的時間戳選項放在兩個NOP後，佔12字節。

在好比實際抓包：

3. 小結

儘管TCP和UDP都使用相同的網絡層（IP），TCP卻嚮應用層提供與UDP徹底不一樣的服務。

TCP提供一種面向鏈接的、可靠的字節流服務。

面向鏈接意味着兩個使用TCP的應用在彼此交換數據以前必須先創建一個TCP鏈接。