TCP首部解析

TCP协议首部

• 源端口和目的端口：各占2字节。端口是运传层与应用层的服务接口。传输层的复用和分用功能都要通过端口才能实现。
• 序号：占4字节。TCP连接中传送的数据流中的每一个字节都编上一个序号，序号字段的值则是本报文段所发送的数据的第一个字节的序号。
• 确认号：占4字节。是期望收到对方下一个报文段的数据的第一个字节的序号。
• 数据偏移（即首部长度）：占4位。它指出TCP报文段的数据起始处距离TCP报文段的起始处有多远。单位是32位字（以4字节为计算单位），则首部最小长度（只有固定部分）为20字节，偏移值为5；最大长度为15*4=60字节，偏移值为15。
• 保留：占6位，保留为今后使用，目前置为0.
• 控制位（标志位）：
• 紧急URG：当URG=1时，表明紧急指针字段有效，它告诉系统此报文段中有紧急数据，应尽快传送（高优先级的数据），不要按原来的排队顺序。
  URG=1时，接收端把发送TCP数据插入到报文字段的最前面。这时要与紧急指针字段配合使用，紧急指针指出在本报文段中的紧急数据的最后一个字节的序号。
• 确认ACK：只有当ACK=1时，确认号字段才有效。
• 推送PSH（PUSH）：接收端收到PSH=1的字段，就尽快交付接收应用进程，而不再等到整个缓存都填满了再向上交付。因为TCP接收时是缓存内接收到一定量字段再处理，因此PSH可用于使接收端快速处理数据，减少延迟，发送端可快速接收确认信息。
• 复位RST（reset）：当RST=1时，表明TCP连接中出现严重差错（如主机崩溃等），必须释放连接，然后再重新建立运输连接。
• 同步SYN：在连接建立时用来同步序号。当SYN=1而ACK=0时表明这是一个连接请求报文段。对方若同意建立连接，则应在响应的报文中使SYN=1和ACK=1。因此，同步SYN=1表示这是一个连接请求或连接接受报文。
• 终止FIN（final）：用来释放一个连接。FIN=1表明此报文发送端的数据已经发送完毕，并要求释放传输连接。
• 窗口：占2字节。窗口字段用来控制对方发送的数据量，单位为字节。TCP接收端根据设置的缓存空间大小确定自己的接收窗口的大小，然后通知发送端以确定对方的发送窗口的上限。
• 检验和：占2字节。检验和字段检验的范围包括首部和数据两部分。在计算检验和时，要在TCP报文段的前面加上12字节的伪首部。
• 紧急指针：占2字节。指向紧急数据最后一个字节的序号，指出在本报文段中紧急数据共有多少字节（紧急数据放在本报文段数据的最前面）。
• 选项：长度可变。TCP最初只规定了一种选项，即最大报文段长度MSS（Maximum Segment Size）。MSS告诉发送端，“我的缓存所能接收的报文段的数据字段的最大长度是MSS个字节”。

TCP的数据编号与确认

• TCP协议是面向字节的，TCP将所要传送的报文看成是字节组成的数据流，并使每一个字节对应于一个序号。
• 在连接建立时，双方要商定初始序号。TCP每次发送的报文首部的序号字段数值表示该报文中数据部分的第一个字节的序号。
• TCP的确认是对接收到的数据的最高序号表示确认。接收端返回的确认号是已收到的数据的最高序号加1，因此确认号表示接收端期望下次收到的数据中的第一个数据字节的序号。
• TCP传输的可靠是由于使用了序号和确认。

滑动窗口机制

TCP采用大小可变的滑动窗口进行流量控制。窗口大小的单位是字节。

在TCP报文首部的窗口字段写入的值就是当前给对方设置的发送窗口数值的上限。

发送窗口在连接建立时由双方商定，但在通信过程中，接收端可根据自己的资源情况，随时动态调整对方的发送窗口上限值（增大或减小）。

举例1：

• 发送端要发送900字节数据，划分为9个100字节的报文段，发送窗口确定为500字节。
• 发送端只要收到了对方的确认，发送窗口就可前移。
• 发送TCP要维护一个指针，每发送一个报文段，指针就向前移动一个报文段的距离。

• 之后，发送端发送了400字节数据，但只收到前200字节数据的确认，同时窗口大小不变。此时发送端还可发送300字节。

• 发送端收到了对方对前400字节数据的确认，但对方通知发送端必须把窗口减小到400字节。

流量控制

一般来说，我们总希望数据传输得更快一些，但如果发送方把数据发送得过快，接收方可能来不及接收，这就会造成数据的丢失。

流量控制就是让发送方的发送速率不要太快，既要让接收方来得及接收，也不要使网络发生拥塞。

利用滑动窗口机制可以很方便地在TCP连接上实现流量控制。

利用可变窗口大小进行流量控制

拥塞控制

TCP的拥塞控制
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