TCP简介

TCP是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。TCP保证数据传输的可靠性，确保数据不丢失、不重复、按序到达。

TCP主要有以下特点：

  • 面向连接: 在进行数据传输之前，需要先建立连接，确保双方可以可靠地进行通信。
  • 可靠性: 采用多种机制来保证数据传输的可靠性，包括：
    • 序列号: 为每个字节分配一个序列号，用于保证数据的按序接收和避免重复。
    • 确认应答:接收方会向发送方发送确认应答，告知发送方哪些数据已成功接收，未收到确认的数据将会被重传。
    • 超时重传: 如果发送方在一定时间内未收到确认，则会重新发送数据。
    • 校验和: 用于检测数据在传输过程中是否发生错误。
  • 面向字节流: TCP将数据看作是无结构，无边界的字节流，可以灵活地处理不同大小的数据块，并根据网络状况进行分段和重组。
  • 全双工通信: 允许数据在两个方向上同时进行传输。
  • 点对点通信：每一条TCP通信都是主机和主机之间的，是点对点传输的协议（由五元组唯一确定）。
  • 流量控制: 使用滑动窗口协议来控制发送方的数据发送速率，避免接收方因无法及时处理数据而导致溢出。
  • 拥塞控制: 通过慢启动、拥塞避免等算法来控制网络拥塞，提高网络利用率。

TCP Header

  0                   1                   2                   3
    0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |          Source Port          |       Destination Port        |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |                        Sequence Number                        |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |                    Acknowledgment Number                      |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |  Data |       |C|E|U|A|P|R|S|F|                               |
   | Offset| Rsrvd |W|C|R|C|S|S|Y|I|            Window             |
   |       |       |R|E|G|K|H|T|N|N|                               |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |           Checksum            |         Urgent Pointer        |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |                           [Options]                           |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |                                                               :
   :                             Data                              :
   :                                                               |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

          Note that one tick mark represents one bit position.

各字段含义：

  • 源端口(Source Port)：16bit，发送端的tcp端口号
  • 目的端口(Destination Port)：16bit，接收端的端口号
  • 序号(Sequence Number)：32bit，如果SYN设置，序号为初始序号（ISN），在建立连接时由客户端/服务端随机生成，建立连接后，序号从ISN+1开始，每发送一个报文段，序列号都会累加该报文段所携带的数据字节数。
  • 确认号(Acknowledgment Number)：32bit，代表接收方期望收到的下一个字节的序列号。ACK = 接收到的最小序号 + 1
  • 数据偏移(Data Offset)，4bit：
    • 一个完整的TCP报文头长度可以在20到60字节之间变化，数据偏移字段用于让接收方知道TCP报文头的实际长度。
    • 数据偏移的值以32bit为单位，TCP报文头长度（字节） = 数据偏移字段的值 × 4，
    • 数据偏移字段的值的范围是5到15。
  • 保留(Reserved)：4bit，必须设置为0。
  • 控制位，8bit：
    • CWR：Congestion Window Reduced，拥塞窗口已减少，表示发送方已经接收到ECN-Echo标志位的ACK，并且已经减少了拥塞窗口大小。
    • ECE：ECN-Echo，ECN回显，表示接收方支持ECN（Explicit Congestion Notification），并且在接收到拥塞通知时设置该标志位。
    • URG：紧急指针标志，为1时表示紧急指针有效，为0则忽略紧急指针;
    • ACK：确认号标志，为1时表示确认号有效，为0表示报文中不含确认信息，忽略确认号字段;
    • PSH：为1表示是带有push标志的数据，指示接收方在接收到该报文段以后，应尽快将这个报文段交给应用程序，而不是在缓冲区排队;
    • RST：重置连接标志，用于重置由于主机崩溃或其他原因而出现错误的连接。或者用于拒绝非法的报文段和拒绝连接请求;
    • SYN：同步序号，TCP连接的建立和断开都需要使用SYN标志位;
    • FIN：finish标志，用于释放连接，为1时表示发送方已经没有数据发送;
  • 窗口(Window)：2bit，滑动窗口大小，用来告知发送端接收端的缓冲区大小。
  • 校验和(Checksum)：2bit，校验和包含了伪首部、TCP首部和数据，校验和是TCP强制要求的，由发送方计算，接收方验证。
  • 紧急指针(Urgent Pointer)：2bit，URG标志为1时，紧急指针有效，表示数据需要优先处理。紧急指针指出在TCP段中的紧急数据的最后一个字节的序号，使接收方可以知道紧急数据共有多长。
  • 选项(Options)：
    • 最小0bit，最大40bit；
    • 常见的选项包括最大报文段长度（MSS）、时间戳、窗口扩大因子、选择确认（SACK）等
    • 通过MSS向对方通知本机可以接收的最大TCP段长度。MSS选项只在建立连接的请求中发送。
    • 不足32bit，需要补齐0，TCP头部必须32字节对齐。

参考资料