传输控制协议TCP概述及报文段首部格式

目录

• TCP协议概述
• TCP的连接
• TCP报文段首部格式

TCP协议概述

🌴 TCP最主要的特点

1. TCP是面向连接的运输层协议。应用程序在使用TCP协议之前，必须先建立TCP连接。在传送数据完毕后，必须释放TCP连接。
2. 每一条TCP连接只能有两个端点
3. TCP提供可靠交付的服务。通过TCP连接传送的数据，无差错、不丢失、不重复，并且按序到达。
4. TCP提供全双工通信。TCP允许通信双方的应用进程在任何时候都能发送数据，TCP连接的两端都设有发送缓存和接收缓存，用来临时存放双向通信的数据。在发送时，应用程序在把数据传送给TCP的缓存后，就可以做自己的事，而TCP在合适的时候把数据发送出去。在接收时，TCP把收到的数据放入缓存，上层的应用进程在合适的时候读取缓存中的数据。
5. 面向字节流。TCP中的“流”（stream）指的是流入到进程或从进程流出的字节序列。
   “面向字节流”的含义是：虽然应用程序和TCP的交互是一次一个数据块（大小不等），但TCP把应用程序交下来的数据仅仅看成是一连串的无结构的字节流。TCP并不知道所传送的字节流的含义。对字节流的解释权留给应用层双方。

TCP的连接

🌴 TCP把连接作为最基本的抽象。每一条TCP连接有两个端点。TCP连接的端点叫做套接字（socket）。

套接字为：IP地址拼接端口号。因此，套接字的表示方法是在点分十进制的IP地址后面写上端口号，中间用冒号或逗号隔开。例如，若P地址是192.3.4.5而端口号是80，则套接字就是（192.3.4.5：80）

TCP报文段首部格式

🌴 TCP报文段首部的前20个字节是固定的，后面有4n字节是根据需要而增加的选项（n是整数）。因此TCP首部的最小长度是20字节。

🌴 首部固定部分各字段的意义如下：

1. 源端口和目的端口各占2个字节，分别写入源端口号和目的端口号。

2. 序号占4字节。序号范围是[0，2^32 - 1]，共2^32 （即4294967296）个序号。序号增加到 2^32 - 1 后，下一个序号就又回到 0。首部中的序号字段值指的是本报文段所发送的数据的第一个字节的序号。

   例如：一报文段的序号字段值是301，而携带的数据共有100字节。这就表明：本报文段的数据的第一个字节的序号是301，最后一个字节的序号是400。

3. 确认号占4字节，是期望收到对方下一个报文段的第一个数据字节的序号。

   例如：B正确收到了A发送过来的一个报文段，其序号字段值是501，数据长度是200字节（序号501~700），这表明B正确收到了A发送的到序号700为止的数据。因此，B期望收到A的下一个数据序号是701，于是B在发送给A的确认报文段中把确认号置为701。

4. 数据偏移占4位，它指出TCP报文段的数据部分起始处距离TCP报文段的起始处有多远。也就是指出TCP报文段的首部长度。“数据偏移”的单位是32位（即以4字节长为计算单位）。由于4位二进制数能够表示的最大十进制数字是15，因此数据偏移的最大值是 15 * 32 = 15 * 4 字节 = 60 字节，这也是TCP首部的最大长度（即选项长度不能超过40字节）。

5. 保留占6位，保留为今后使用，但目前应置为0。

6. 紧急URG（URGent）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（相当于高优先级的数据），而不要按原来的排队顺序来传送。

7. 确认ACK（ACKnowledgment）仅当ACK=1时确认号字段才有效。当ACK=0时，确认号无效。TCP规定，在连接建立后所有传送的报文段都必须把ACK置1。

8. 推送PSH（PuSH）当两个应用进程进行交互式的通信时，有时在一端的应用进程希望在键入一个命令后立即就能够收到对方的响应。在这种情况下，TCP就可以使用推送（pus）操作。这时，发送方TCP把PSH置1，并立即创建一个报文段发送出去。接收方TCP收到PSH=1的报文段，就尽快地（即“推送”向前）交付接收应用进程，而不再等到整个缓存都填满了后再向上交付。

9. 复位RST（ReseT）当RST=1时，表明TCP连接中出现严重差错），必须释放连接，然后再重新建立运输连接。RST置1还用来拒绝一个非法的报文段或拒绝打开一个连接。RST也可称为重建位或重置位。

10. 同步SYN（SYNchronization）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，则应在响应的报文段中使SYN=1和ACK=1。

11. 终止FIN（FINiS）用来释放一个连接。当FIN=1时，表明此报文段的发送方的数据已发送完毕，并要求释放运输连接。

12. 窗口占2字节。窗口值是[0，216-1]之间的整数。窗口指的是发送本报文段一方的接收窗口（而不是自己的发送窗口）。窗口值告诉对方：从本报文段首部中的确认号算起，接收方目前允许对方发送的数据量（以字节为单位）

13. 检验和占2字节。检验和字段检验的范围包括首部和数据这两部分。与UDP类似，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。伪首部第4个字段中的17改为6（TCP的协议号是6），把第5字段中的UDP长度改为TCP长度。

14. 紧急指针占2字节。紧急指针仅在URG=1时才有意义，它指出本报文段中的紧急数据的字节数（紧急数据结束后就是普通数据）

15. 选项长度可变，最长可达40字节。当没有使用“选项“时，TCP的首部长度是20字节