计算机网络：TCP 报文段的首部格式
TCP 报文段的首部格式
TCP 虽然是面向字节流的，但 TCP 传送的数据单元却是报文段。
一个 TCP 报文段分为首部和数据两部分，而 TCP 的全部功能都体现在它首部中各字段的作用。
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。
源端口和目的端口字段
——各占 2 字节。端口是运输层与应用层的服务接口。运输层的复用和分用功能都要通过端口才能实现。
序号字段
——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。序号字段的值则指的是本报文段所发送的数据的第一个字节的序号。
确认号字段
——占 4 字节，是期望收到对方的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。“数据偏移”的单位是 32 位字（以 4 字节为计算单位）。
保留字段
——占 6 位，保留为今后使用，但目前应置为 0。
控制位字段
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(相当于高优先级的数据)。
确认 ACK
—— 只有当 ACK = 1 时确认号字段才有效。当 ACK 0 时，确认号无效。
推送 PSH (PuSH)
—— 接收 TCP 收到 PSH = 1 的报文段，就尽快地交付接收应用进程，而不再等到整个缓存都填满了后再向上交付。
复位 RST (ReSeT)
—— 当 RST = 1 时，表明 TCP 连接中出现严重差错（如由于主机崩溃或其他原因），必须释放连接，然后再重新建立运输连接。
同步 SYN
—— 同步 SYN = 1 表示这是一个连接请求或连接接受报文。
终止 FIN (FINish)
—— 用来释放一个连接。FIN = 1 表明此报文段的发送端的数据已发送完毕，并要求释放运输连接。
窗口字段
—— 占 2 字节，用来让对方设置发送窗口的依据，单位为字节。
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。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。
紧急指针字段
—— 占 16 位，指出在本报文段中紧急数据共有多少个字节（紧急数据放在本报文段数据的最前面）。
选项字段
—— 长度可变。TCP 最初只规定了一种选项，即最大报文段长度 MSS。MSS 告诉对方 TCP：“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。”
MSS (Maximum Segment Size) 是 TCP 报文段中的数据字段的最大长度。 数据字段加上 TCP 首部才等于整个的 TCP 报文段。 所以，MSS是“TCP 报文段长度减去 TCP 首部长度”。
为什么要规定 MSS ？
- MSS 与接收窗口值没有关系。
- 若选择较小的 MSS 长度，网络的利用率就降低。
- 当 TCP 报文段只含有 1 字节的数据时，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，对网络的利用率就不会超过 1/41。到了数据链路层还要加上一些开销。
- 若 TCP 报文段非常长，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。
因此，MSS 应尽可能大些，只要在 IP 层传输时不需要再分片就行。 由于 IP 数据报所经历的路径是动态变化的，因此在这条路径上确定的不需要分片的 MSS，如果改走另一条路径就可能需要进行分片。
因此最佳的 MSS 是很难确定的。
填充字段
—— 这是为了使整个首部长度是 4 字节的整数倍。
总结：
TCP 报文段的首部分为两部分：固定的前 20 个字节和根据需要增加的选项。主要字段包括源端口和目的端口（标识通信双方）、序列号和确认号（保证数据顺序和可靠传输）、数据偏移（指示首部长度）、控制位（如连接建立、终止等标志）、窗口大小（流量控制）、校验和（确保数据完整性）和紧急指针（处理紧急数据）。这些字段共同协作，实现了可靠的数据传输和连接管理。
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