1概述

TCP 是面向连接的运输层协议。它是可靠的，不丢失的，不重复的，无差错并按序到达的，点对点运输的，全双工通信。

1.1 TCP连接

将TCP链接的端点，叫做套接字（socket),表示方法如下：

套接字 socket = （IP地址：端口号）

所以TCP连接未两个套接字之间的连接：

TCP连接 ::= {socket1, socket2} = {（IP1: port1）,（IP2: port2）}

1.2 TCP首部

报文段首部格式

TCP首部有20个字节的固定数据，用来存放报文传输过程所需的信息。各字段的含义如下：

1.2.1 源端口，目的端口

各占2个字节。

1.2.2 序号

又叫“报文段序号”，占4个字节。因为TCP是面向字节的，尽管一次报文传输的字节数不同，但是每个数据段的字节都有对应的序号。
比如，发送方，该字段值是1001，发送的数据为1000字节，这这段数据开始字节的序号是1001，最后一个字节的序号2000。

1.2.3 确认号

占4个字节，是期望发送方下一个报文第一个字节的序号值。

例如接收方接受到发送方的报文，其中序号字段值是2001，数据区长度为2000个字节。那么接受下次接受发送发送的报文中，开始的序号值，应该是4001。所以在接收方回答上述报文时，会在确认号字段写：4001。

所以，如果确认号是N，则表示N-1个序号的字节数据已成功接收。

确认号占4个字节，可以对4GB的数据进行编号。

1.2.4 数据偏移

占4位，表示报文中除开有效数据段，报文首部的长度。所以数据偏移的最小值是20字节（固定首部）。

注意，数据偏移的计算单位是32位字，即4字节长的字。所以对于，占4位的数据偏移字段。最大值是：15 * 4 = 60字节。

1.2.5 保留

占6位，目前置为0，今后使用

1.2.6 控制位

共有6个控制位，意义分别如下：

1.2.6.1 紧急URG

占1位，当URG值为1时，发送方应用程序，告诉发送方的TCP有紧急数据需要处理，TCP就将紧急数据放到数据区的最前面。紧跟其后是普通数据。

1.2.6.2 确认ACK

占1位，当连接建立后，ACK必须置为1，仅当ACK=1时，确认号才有效。当ACK=0,确认号是1。
这是因为确认号是希望下次接受到的数据第一个字节序号，但是ACK=0时，连接都还没建立，不可能传送有效数据。

1.2.6.3 推送PSH

占1位，当PSH值为1时，发送方会立即创建一个报文段发送出去，接收方接收到PSH字段为1的值时，会立即将该报文中的数据交付接收应用程序，不用等到整个缓存填满了后再向上交付。

1.2.6.4 复位RST

占1位，当RST置为1时，用来拒绝一个非法的报文段和拒绝打开一个连接，RST也可称为重建位或者重置位。

1.2.6.5 同步SYN

占1位，用在连接建立时同步序号。当SYN置为1时，表示连接请求或连接接受报文。

1.2.6.6 终止FIN

当FIN=1,表示发送发的数据已发送完毕，请求释放连接。

1.2.7 窗口

占2个字节，作为接收方让发送方设置起发送窗口的依据，以字节为单位。

例如，发送了一个报文段，起确认号1001（期望下一个收到的报文中，数据区第一个字节的序号是1001），窗口字段是1000。就是告诉对方：“从1001开始，我最多只能接受1000个字节的数据，你发送数据的时候考虑下这点。”

窗口值时动态变化的。

1.2.8 校验和

发送方在发送报文前，会加上在前面加12字节的伪首部，计算校验和。然后写入该字段。当接收方接收到数据，同样计算校验和。

1.2.9 紧急指针

占2个字节。在URG=1时，表示紧急数据的长度，指出了紧急数据的末尾在报文段的位置。

当窗口值为0时，也可以发送紧急数据。

1.2.10 选项

1.2.10.1 MSS

Maximum Segement Sie, 即最大报文段，但是正确的含义，是最大的数据区长度。当不设置，默认是536字节。所以互联网中的主机，都可以接收的报文段长度是536+20（固定首部）=556字节。

1.2.10.2 窗口扩大

占3个字节，其中有一个字节表示移位值S。新的窗口值等于 2^(16 + S)。

1.2.10.3 时间戳，时间戳回送回答

• 计算RTT
  用时间戳回送回答字段，减去时间戳字段值，就能得出报文往返的时间。

• PAWS
  防止序号绕回。即在序号重复时，利用该字段区别是新报文，还是迟到的报文。

1.2.10.3 SACK

Selective Acknowledgment，选择确认。

选择确认的例子

从上图看出，每个不连续字节块有2个边界。我们知道首部选项长度最长为40（60- 20）字节。指明一个边界需要4个字节，所以最多能指明4个不连续字节块的边界信息（ 4 * 4 * 2 =32字节 ）。

这是因为，指明5个不连续字节块的边界信息，则需要 （4 * 5 * 2 = 40个字节），而头部还需要两个字节，一个用来指明SACK选项，一个用来指明SACK占用的字节数。那么总数变成40+2= 42字节，这超过了报文允许的最大选项长度40字节。