TCP包首部详细分析

TCP数据被封装在一个I P数据报中如下图：TCP数据在IP数据报中的封装显示TCP首部的数据格式。如果不计任选字段，它通常是20个字节



　　每个TCP段都包含源端和目的端的端口号，用于寻找发端和收端应用进程。这两个值加上IP首部中的源端I P地址和目的端I P地址唯一确定一个TCP连接。

　　有时，一个IP地址和一个端口号也称为一个插口（socket）。这个术语出现在最早的TCP规范（RFC793）中，后来它也作为表示伯克利版的编程接口。插口对（socketpaIr）(包含客户IP地址、客户端口号、服务器IP地址和服务器端口号的四元组)可唯一确定互联网络中每个TCP连接的双方。

　　序号用来标识从TCP发端向TCP收端发送的数据字节流，它表示在这个报文段中的的第一个数据字节。如果将字节流看作在两个应用程序间的单向流动，则TCP用序号对每个字节进行计数。序号是32 bit的无符号数，序号到达232－1后又从0开始。

　　当建立一个新的连接时，SYN标志变1。序号字段包含由这个主机选择的该连接的初始序号ISN（Initial Sequence Number）。该主机要发送数据的第一个字节序号为这个ISN加1，因为SYN标志消耗了一个序号（将在下章详细介绍如何建立和终止连接，届时我们将看到FIN标志也要占用一个序号）。

　　既然每个传输的字节都被计数，确认序号包含发送确认的一端所期望收到的下一个序号。因此，确认序号应当是上次已成功收到数据字节序号加1。只有ACK标志（下面介绍）为1时确认序号字段才有效。

　　发送ACK无需任何代价，因为32 bit的确认序号字段和ACK标志一样，总是TCP首部的一部分。因此，我们看到一旦一个连接建立起来，这个字段总是被设置，ACK标志也总是被设置为1。

　　 TCP为应用层提供全双工服务。这意味数据能在两个方向上独立地进行传输。因此，连接的每一端必须保持每个方向上的传输数据序号。

　　 TCP可以表述为一个没有选择确认或否认的滑动窗口协议（滑动窗口协议用于数据传输将在2 0 . 3节介绍）。我们说TCP缺少选择确认是因为TCP首部中的确认序号表示发方已成功收到字节，但还不包含确认序号所指的字节。当前还无法对数据流中选定的部分进行确认。例如，如果1～1024字节已经成功收到，下一报文段中包含序号从2049～3072的字节，收端并不能确认这个新的报文段。它所能做的就是发回一个确认序号为1025的ACK。它也无法对一个报文段进行否认。例如，如果收到包含1025～2048字节的报文段，但它的检验和错，TCP接收端所能做的就是发回一个确认序号为1025的ACK。

　　首部长度给出首部中32bit字的数目。需要这个值是因为任选字段的长度是可变的。这个字段占4bit ，因此TCP最多有60字节的首部。然而，没有任选字段，正常的长度是20字节。在TCP首部中有6个标志比特。它们中的多个可同时被设置为1。我们在这儿简单介绍它们的用法。

URG  紧急指针（urgent pointer ）有效
ACK  确认序号有效。
PSH  接收方应该尽快将这个报文段交给应用层。
RST  重建连接。
SYN  同步序号用来发起一个连接。这个标志和下一个标志将在第1 8章介绍。
FIN  发端完成发送任务。
　　 TCP的流量控制由连接的每一端通过声明的窗口大小来提供。窗口大小为字节数，起始于确认序号字段指明的值，这个值是接收端正期望接收的字节。窗口大小是一个16bit 字段，因而窗口大小最大为65535字节。在24.4节我们将看到新的窗口刻度选项，它允许这个值按比例变化以提供更大的窗口。

　　检验和覆盖了整个的TCP报文段：TCP首部和TCP数据。这是一个强制性的字段，一定是由发端计算和存储，并由收端进行验证。TCP检验和的计算和UDP检验和的计算相似。

　　只有当URG标志置1时紧急指针才有效。紧急指针是一个正的偏移量，和序号字段中的值相加表示紧急数据最后一个字节的序号。TCP的紧急方式是发送端向另一端发送紧急数据的一种方式。

　　最常见的可选字段是最长报文大小，又称为MSS (Maximum Segment Size) 。每个连接方通常都在通信的第一个报文段（为建立连接而设置SYN标志的那个段）中指明这个选项。它指明本端所能接收的最大长度的报文段。

　　从上图中我们注意到TCP报文段中的数据部分是可选的。我们将在18章中看到在一个连接建立和一个连接终止时，双方交换的报文段仅有TCP首部。如果一方没有数据要发送，也使用没有任何数据的首部来确认收到的数据。在处理超时的许多情况中，也会发送不带任何数据的报文段。