TCP协议之包头详解

TCP 协议是一个很是重要的协议，并且很是复杂，在使用中也能够说是咱们最多见的报文之一了，可是使用了这么久，仍是有不少人不是很了解，下面这篇文章给你们介绍下TCP包头，来帮助你们更好的理解TCP。

先大概介绍下TCP协议：

TCP    TRANSMISSION CONTROL PROTOCOL       即传输控制协议

在网路中，TCP协议处于第四层传输层 ,在它下面还有物理层（光缆，光纤，无线信道等）数据链路层（交换层面），网络层,它是面向链接的,可靠的,基于字节流的通讯协议,当应用层向TCP层发送用于网间传输的、用8位字节表示的数据流，TCP则把数据流分割成适当长度的报文段，最大传输段大小（MSS）一般受该计算机链接的网络的数据链路层的最大传送单元（MTU）限制。以后TCP把数据包传给IP层，由它来经过网络将包传送给接收端实体的TCP层。
下图TCP的协议的首部，TCP数据以及它们在网络层被封装后的示意图,这里重点讲首部部分.

首部固定部分各字段意义以下:

源端口、目标端口：计算机上的进程要和其余进程通讯是要经过计算机端口的，而一个计算机端口某个时刻只能被一个进程占用，因此经过指定源端口和目标端口，就能够知道是哪两个进程须要通讯。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,即65536

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链接中所传送的字节流的每个字节都会按顺序编号。因为序列号由32位表示，因此每2^32个字节，就会出现序列号回绕，再次从0 开始

确认号：表示接收方指望收到发送方下一个报文段的第一个字节数据的编号。也就是告诉发送方：我但愿你（指发送方）下次发送的数据的第一个字节数据的编号为此确认号

数据偏移：表示TCP报文段的首部长度，共4位，因为TCP首部包含一个长度可变的选项部分，须要指定这个TCP报文段到底有多长。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。该字段的单位是32位(即4个字节为计算单位），4位二进制最大表示15，因此数据偏移也就是TCP首部最大60字节

下面的六个控制位,用来表示说明报文段的性质.

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

ACK：表示是否前面确认号字段是否有效。只有当ACK=1时，前面的确认号字段才有效。TCP规定，链接创建后，ACK必须为1,带ACK标志的TCP报文段称为确认报文段

PSH：提示接收端应用程序应该当即从TCP接收缓冲区中读走数据，为接收后续数据腾出空间。若是为1，则表示对方应当当即把数据提交给上层应用，而不是缓存起来，若是应用程序不将接收到的数据读走，就会一直停留在TCP接收缓冲区中

RST：若是收到一个RST=1的报文，说明与主机的链接出现了严重错误（如主机崩溃），必须释放链接，而后再从新创建链接。或者说明上次发送给主机的数据有问题，主机拒绝响应，带RST标志的TCP报文段称为复位报文段

SYN：在创建链接时使用，用来同步序号。当SYN=1，ACK=0时，表示这是一个请求创建链接的报文段；当SYN=1，ACK=1时，表示对方赞成创建链接。SYN=1，说明这是一个请求创建链接或赞成创建链接的报文。只有在前两次握手中SYN才置为1，带SYN标志的TCP报文段称为同步报文段

FIN：表示通知对方本端要关闭链接了，标记数据是否发送完毕。若是FIN=1，即告诉对方：“个人数据已经发送完毕，你能够释放链接了”，带FIN标志的TCP报文段称为结束报文段
窗口大小：表示如今容许对方发送的数据量，也就是告诉对方，从本报文段的确认号开始容许对方发送的数据量，达到此值，须要ACK确认后才能再继续传送后面数据，由Window size value *Window size scaling factor（此值在三次握手阶段TCP选项Window scale协商获得）得出此值

校验和：提供额外的可靠性

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，选项部分最长为：(2^4-1)*4-20=40字节

TCP包头常见选项

最大报文段长度MSS（Maximum Segment Size），一般1460字节

指明本身指望对方发送TCP报文段时那个数据字段的长度。好比：1460字节。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不宜设的太大也不宜设的过小。若选择过小，极端状况下，TCP报文段只含有1字节数据，在IP层传输的数据报的开销至少有40字节（包括TCP报文段的首部和IP数据报的首部）。这样，网络的利用率就不会超过1/41。若TCP报文段很是长，那么在IP层传输时就有可能要分解成多个短数据报片。在终点要把收到的各个短数据报片装配成原来的TCP报文段。当传输出错时还要进行重传，这些也都会使开销增大。所以MSS应尽量大，只要在IP层传输时不须要再分片就行。在链接创建过程当中，双方都把本身可以支持的MSS写入这一字段。 MSS只出如今SYN报文中。即：MSS出如今SYN=1的报文段中MTU和MSS值的关系：MTU=MSS+IP Header+TCP Header通讯双方最终的MSS值=较小MTU-IP Header-TCP Header

窗口扩大 Window Scale
为了扩大窗口，因为TCP首部的窗口大小字段长度是16位，因此其表示的最大数是65535。可是随着时延和带宽比较大的通讯产生（如卫星通讯），须要更大的窗口来知足性能和吞吐率，因此产生了这个窗口扩大选项

时间戳 Timestamps能够用来计算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便可计算出RTT。也能够用来防止回绕序号PAWS，也能够说能够用来区分相同序列号的不一样报文。由于序列号用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一样报文