TCP/IP详解卷1 读书笔记：第十七章 TCP 传输控制协议

TCP的服务

TCP用于端到端的通信（一对一），无法用于通信的广播和多播（一对多）。

T C P通过下列方式来提供可靠性：

•应用数据被分割成 T C P认为最适合发送的数据块。这和 U D P完全不同，应用程序产生的数据报长度将保持不变。由 T C P传递给I P的信息单位称为报文段或段（s e g m e n t）

•当T C P发出一个段后，它启动一个定时器，等待目的端确认收到这个报文段。如果不能

及时（在定时器超时之前）收到一个确认，将重发这个报文段。（超时重传机制）

•当T C P收到发自 T C P连接另一端的数据，它将发送一个确认。这个确认不是立即发送，通常将推迟几分之一秒。

• T C P将保持它首部和数据的检验和。这是一个端到端的检验和，目的是检测数据在传输过程中的任何变化。如果收到段的检验和有差错，T C P将丢弃这个报文段和不确认收到此报文段（希望发端超时并重发）。

•既然T C P报文段作为 I P数据报来传输，而 I P数据报的到达可能会失序，因此 T C P报文段的到达也可能会失序。如果必要， T C P将对收到的数据进行重新排序，将收到的数据以正确的顺序交给应用层。（失序重组是通过不断回复未收到数据的ACK来实现的）

•既然I P数据报会发生重复， T C P的接收端必须丢弃重复的数据。

• T C P还能提供流量控制。

 

TCP的头部

TCP头部固定长度20字节，有可选项，最大长度60字节（同IP头一样）。

注意：IP头中包含 IP头长度 和 IP数据报部总长度字段。TCP头部中，仅含有TCP头部长度字段。UDP头部中包含有UDP头部和UDP数据包总长度字段。

 

各16位的源目端口号，用于标志发送端和接收端的应用程序。用于唯一确定一个连接的是五元组（源IP、源端口、目的IP、目的端口、协议）。

32位序号（SEQ）用来标识从T C P发端向T C P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。如果将字节流看作在两个应用程序间的单向流动，则 T C P用序号对每个字节进行计数。序号是32 bit的无符号数，序号到达 2^32－1后又从0开始。

新建连接（SYN）时需要消耗一个SEQ号，且仅消耗一个。通常说的三次握手中的最后一次握手不消耗SEQ号，接下来发送数据的SEQ号将和第三次握手的SEQ号相同。

32位的确认号（ACK）表示期望接收到对方下一报文段中数据的起始字节，只有当标志字段ACK为1时，该确认号才有效。连接一旦建立，ACK标志即为1。这是因为，发送A C K无需任何代价，因为 32 bit的确认序号字段和 A C K标志一样，总是T C P首部的一部分。因此，我们看到一旦一个连接建立起来，这个字段总是被设置， A C K标志也总是被设置为1。

4位首部长度，以4字节为单位，因此最大值为60字节。

6个标志：

U R G 紧急指针（ u rgent pointer）有效（见2 0 . 8节）。

A C K 确认序号有效。

P S H 接收方应该尽快将这个报文段交给应用层。

R S T 重建连接。

S Y N 同步序号用来发起一个连接。这个标志和下一个标志将在第1 8章介绍。

F I N 发端完成发送任务。

16位窗口大小（通告窗口）为字节数，起始于确认序号字段指明的值，这个值是接收端正期望接收的字节。窗口大小是一个 16 bit字段，因而窗口大小最大为 6 5 5 3 5字节。指从确认号所指的字节开始，还可接收多少字节。

16位检验和覆盖了整个的 T C P报文段： T C P首部和T C P数据。这是一个强制性的字段，一定是由发端计算和存储，并由收端进行验证。 T C P检验和的计算和 U D P检验和的计算相似，使用如11 . 3节所述的一个伪首部。

TCP头部中的校验和，由发送端TCP协议填入，接收端TCP协议验证其的正确性。注意：当数据包通过PAT、NAT设备时，TCP头部的校验和将被改变，这是因为通过这些设备时，数据包中的IP和端口号将发生变化（进行了映射），因此需要重新计算。

 

只有当U R G标志置1时紧急指针才有效。紧急指针是一个正的偏移量，和序号字段中的值相加表示紧急数据最后一个字节的序号。 T C P的紧急方式是发送端向另一端发送紧急数据的一种方式。

紧急指针字段，只有当URG标志为1的时候才有效。URG和紧急指针用于发送端和接收端传送紧急数据。紧急数据的边界是：该报文段的开始（即SEQ指示的位置），到SEQ+紧急指针值所指的位置。其中，序号SEQ+紧急指针值表示紧急数据的最后一个字节。

 

可选字段。最常见的可选字段是最长报文大小，又称为 MSS (Maximum Segment Size)。每个连接方通常都在通信的第一个报文段（为建立连接而设置 S Y N标志的那个段）中指明这个选项。它指明本端所能接收的最大长度的报文段。

三次握手抓包分析

发起连接的图示（第一次握手）。

发起端发送SYN报文段。这里使用了3个可选项，最大报文段，扩展窗口，以及本机支持SACK。其中，新建连接时，前两次握手只起协商作用，因此，这里是说以后要使用扩展窗口的放大因子，但该SYN包并不使用扩展窗口放大因子。从第三次握手开始，就会使用扩展窗口。

接收端对连接请求的应答（第二次握手）。

 

第三次握手

通常情况下，TCP建立连接时，使用可选字段进行协商，因此建立连接时前两次握手，通常TCP头部的长度会大于20字节。待连接建立完成后，正常通信过程中，TCP就不再使用可选字段了，而只是使用建立连接过程中的协商结果，因此，正常通信过程中，TCP头部的长度仍为20字节。