谈谈TCP协议中的Header组成部分

谈谈TCP协议中的Header组成部分

TCP Header结构图

TCP: (Transmission Control Protocol) 传输控制协议。位于传输层。

位码 即tcp标志位，有6种标示：SYN(synchronous建立联机) ACK(acknowledgement 确认) PSH(push传送) FIN(finish结束) RST(reset重置) URG(urgent紧急)Sequence number(顺序号码) Acknowledge number(确认号码)

上图是一个 TCP header，以下是一些需要「死记硬背」的信息点：

一个 TCP Header 一般有 20 个字节，如果启用了 options，header的长度可以达到 60 个字节。上图中每一行是 4 个 bytes，32 个 bits。我先带大家学习下前 5 行，每一行是 4 Bytes，五行刚好是 20 个 bytes。计算机世界中，通常会以 bit，byte，word（4 个 byte）等不同粒度来描述信息，header 的学习一般是以 4 个字节为一个单位来展示的。

• 第一行，由 Source port 和 Destination port 构成，二者各占 2 个字节，刚好一起占据第一行的 4 个字节。这两个字段分别表示 TCP 连接中的，发送方端口号和接收方的端口号，既然一个 port 只占 2 个bytes，那么端口值的范围自然就是 0~65535 啦。
• 第二行，Sequence number，表示发送方的序列号。这个序列号表示的是什么呢？一个 TCP 流是有无数个 0 和 1 构成，这些 0 和 1 以 8 个 bit 为单位，可以分割成一个个的 byte，TCP 是可靠传输协议，每一个 byte 都是有标号的，因为我们需要追踪每个 byte 是否被成功传输了，每个 byte 的标号就是我们这里的 sequence number。假设我们建立 TCP 连接的时候，发一个 sync 包，我们就以 0 标记 sync 包的第一个字节，那么 sync 包中的 Sequence 值就是 0。实际应用中，处于安全考虑，TCP 流的第一个 Sequence number 一般不会是 0，而是一个随机数。Sequence number 占据 4 个字节，也就是 2 的 32 次方，这个数字并不算大，每个包都会用掉一些，如果达到最大值之后，就取余从 0 重新开始。
• 第三行，Acknowledge number，表示接收方 ack 的序列号。接收方收到发送方一个的 TCP 包之后，取出其中的 sequence number，在下一个接收方自己要发送的包中，设置 ack 比特位为 1，同时设置 acknowledge number 为 sequence number + 1。所以接收方的 acknowledge number 表示的是，接收方期待接收的下一个包起始字节的标号，大家可以仔细理解下这一句话。所以 acknowledge number 和 sequence number 是配对使用的。
• 第四行，这一行尤其重要，出于篇幅的考虑，其中细节会在后续的文章中讲解。这里简单提下从 CWR 到 FIN 的 8 个 bit，这 8 个 bit 里每一位都是一个标记位，用来标记当前 TCP 包的特殊含义。比如我们所说的三次握手，第一个 sync 包，就是将 SYN 位置为 1。第二个 syn + ack 包就是将 header 的 ACK 和 SYN 位都置为 1。第三个 ack 包即将 ACK 位置 1。剩余的几个 bit 位暂时不展开讲了，大家可以自己看书先学习下。
• 第五行，这一行只有两个字段，即 Checksum 和 Urgent pointer。checksum 是个通用的计算机概念，做完整性校验之用，在很多协议（IP，UDP，ICMP）中都有应用，这个值有包的发送方去计算，之后由包的接收方取出来校验。Urgent pointer 为两个字节的偏移量，加上当前包的 sequence number，用来标记某一个范围内的 bytes 为特殊用途数据。

TCP连接需要三次握手：

第一次握手：主机1会发送一个SYN=1（建立联机）的标志和一个序列号(Sequece number1)给到主机2。主机1进入到SYN_SEND状态。

第二次握手：主机2通过判断SYN是否等于1来确定是否收到主机1的连接请求。 如果收到连接请求, 则主机2会设置ACK=1, 并设置Acknowledge number = sequence number1 + 1, 并随机生成Sequece number2，最后将参数一起给到主机1，主机2进入到SYN_RECEIVE状态。

第三次握手：主机1收到后，检查ack number是否正确，即第一次发送的seq number1+1，以及位码ack是否为1，若正确，主机1会再发送ack number=(主机2的seq+1)，ack=1，主机2收到后确认Acknowledge number = sequence number2+ 1 , ack=1，则连接建立成功。这个时候主机1和2都进入到了ESTABLISHED状态。

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