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计算机网络面试(6)TCP 首部

TCP 的全部功能都体现在它首部中各字段的作用,因此,只有弄清TCP首部各字段的作用才能掌握 TCP 的工作原理。

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

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源端口和目的端口(Source Port、Destination Port):

分别占 2 个字节,表示源端口号和目的端口号;用于区别主机中的不同进程,而 IP 地址是用来区分不同的主机的,源端口号和目的端口号配合上 IP 首部中的源 IP 地址和目的 IP 地址就能唯一的确定一个 TCP 连接;

序号(seq,Sequence Number):

占 4 字节,用来标识从 TCP 发送端向 TCP 接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在数据流中的序号;主要用来解决网络报乱序的问题。

确认号(ACKnum,Acknowledgment Number)

占 4 字节,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。不过,只有当控制位中的 ACK 标志(下面介绍)为 1 时该确认序列号的字段才有效。主要用来解决不丢包的问题。

数据偏移(Offset)

占 4 位(bit),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,实际上是指出了 TCP 报文段的首部长度。由于首部中还有长度不确定的选项字段,因此数据偏移是必要的。但应注意,「数据偏移」的单位是 32 位字(即一个基本单位是 4 字节),4 位 二进制能表示的最大十进制数字是 15,因此数据偏移的最大值是 4×15=60 字节,这也是 TCP 首部的最大长度。

下面是 6 个控制位,用来说明这个报文段的性质。依次为 URG,ACK,PSH,RST,SYN,FIN,它们中的多个可同时被设置为 1,每个控制位的含义如下:

  • URG(urgent,紧急):此标志表示TCP包的紧急指针域(后面马上就要说到)有效,用来保证 TCP 连接不被中断,并且督促中间层设备要尽快处理这些数据;
  • ACK(acknowledgement,确认):仅当 ACK=1 时,确认号字段才有效,当 ACK=0 时,确认号字段无效。TCP 规定,在连接建立后所有传送的报文段都必须把 ACK 置为 1。
  • PSH(push,推送):这个标志位表示 Push 操作。所谓 Push 操作就是指在数据包到达接收端以后,立即传送给应用程序,而不是在缓冲区中排队;
  • RST(reset,复位):这个标志表示连接复位请求。用来复位那些产生错误的连接,也被用来拒绝错误和非法的数据包;
  • SYN(synchronization,同步):表示同步序号,用来建立连接。SYN 标志位和 ACK 标志位搭配使用,当连接请求的时候,SYN=1,ACK=0;连接被响应的时候,SYN=1,ACK=1;SYN 置为 1 就表示这是一个连接请求或连接接受报文。
  • FIN(finish,终止): 用来释放一个连接。当 FIN 为 1 时,表明此报文发送方的数据已发送完毕,并要求释放运输连接。

窗口(Window)

占 2 字节,也就是有名的滑动窗口,用来进行流量控制。后面文章中会介绍。

校验和

占 2 字节,校验和字段检验的范围包括首部和数据这两个部分。和 UDP 一样,在计算校验和时要在 TCP 报文段的前面加上 12 字节的伪首部。

紧急指针

占 2 字节,紧急指针仅在 URG=1 时才有意义,它指出本报文段中紧急数据的字节数(紧急数据结束后就是普通数据)。因此,紧急指针指出了紧急数据的末尾在报文段中的位置。

选项

长度可变,最长可达 40 字节。当没有使用选项时,TCP 首部的长度为 20 字节。