简介

TCP头部的最后一个选项字段（options）是可变长的可选信息。这部分最多包含40字节，典型的TCP头部选项结构如图所示：

每个TCP报文头可以同时包含多个选项。每个TCP选项通常由Kind（选项类型）、Length（选项长度）和Data（选项数据）组成。

    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
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |      kind     |     Length    |       Data(可变长度)         |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

1. kind=0，选项表结束（EOP）选项

   一个报文段仅用一次。放在末尾用于填充，用途是说明：首部已经没有更多的消息，应用数据在下一个32位字开始处

2. kind=1，空操作（NOP）选项

   没有特殊含义，一般用于将TCP选项的总长度填充为4字节的整数倍

3. kind=2，最大报文段长度（MSS）选项

   TCP连接初始化时，通信双方使用该选项来协商最大报文段长度。

   TCP模块通常将MSS设置为（MTU-40）字节（减掉的这40字节包括20字节的TCP头部和20字节的IP头部）。这样携带TCP报文段的IP数据报的长度就不会超过MTU（假设TCP头部和IP头部都不包含选项字段，并且这也是一般情况），从而避免本机发生IP分片。对以太网而言，MSS值是1460（1500-40）字节。

4. kind=3，窗口扩大因子选项

   TCP连接初始化时，通信双方使用该选项来协商接收窗口的扩大因子。在TCP的头部中，接收窗口大小是用16位表示的，故最大为65535字节，但实际上TCP模块允许的接收窗口大小远不止这个数（为了提高TCP通信的吞吐量）。窗口扩大因子解决了这个问题。

   假设TCP头部中的接收通告窗口大小是N，窗口扩大因子（移位数）是M，那么TCP报文段的实际接收通告窗口大小是N*2M，或者说N左移M位。注意，M的取值范围是0～14。

   和MSS选项一样，窗口扩大因子选项只能出现在同步报文段中，否则将被忽略。但同步报文段本身不执行窗口扩大操作，即同步报文段头部的接收窗口大小就是该TCP报文段的实际接收窗口大小。当连接建立好之后，每个数据传输方向的窗口扩大因子就固定不变了。

5. kind=4，选择性确认（Selective Acknowledgment，SACK）允许选项

   TCP通信时，如果某个TCP报文段丢失，则TCP会重传最后被确认的TCP报文段后续的所有报文段，这样原先已经正确传输的TCP报文段也可能重复发送，从而降低了TCP性能。SACK技术正是为改善这种情况而产生的，它使TCP只重新发送丢失的TCP报文段，而不用发送所有未被确认的TCP报文段。

   选择性确认允许选项用在连接初始化时，表示是否支持SACK技术。

6. kind=5，SACK实际工作的选项

   该选项的参数告诉发送方本端已经收到并缓存的不连续的数据块，从而让发送端可以据此检查并重发丢失的数据块。因为一个块信息占用8字节，所以TCP头部选项中实际上最多可以包含4个这样的不连续数据块（考虑选项类型和长度占用的2字节）。

7. kind=8，时间戳选项

   该选项提供了较为准确的计算通信双方之间的回路时间（Round Trip Time，RTT）的方法，从而为TCP流量控制提供重要信息。

MSS

MSS选项用于协商TCP连接的最大报文段长度，避免IP报文分片。格式如下：

 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
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|       2       |     Length    |   Maximum Segment Size (MSS)  |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

SACK

SACK特性是TCP的一个可选特性，是否启用需要收发双发进行协商，通信双发在SYN段或SYN+ACK段中添加SACK允许选项通知对端本端是否支持SACK，如果双发都支持，那么后续连接态通信过程中就可以使用SACK选项了。所以SACK允许选项只能出现在SYN段中。

+---------+---------+
| Kind=4  | Length=2|
+---------+---------+

连接建立后，接收方就可以通过SACK选项告诉发送方字节的实际接收情况。SACK选项格式如下：

0        1        2        3        4
                  +--------+--------+
       NOP        | Kind=5 | Length |
+--------+--------+--------+--------+
|      Left Edge of 1st Block       |
+--------+--------+--------+--------+
|      Right Edge of 1st Block      |
+--------+--------+--------+--------+
|                                   |
/            . . .                  /
|                                   |
+--------+--------+--------+--------+
|      Left Edge of nth Block       |
+--------+--------+--------+--------+
|      Right Edge of nth Block      |

由于整个TCP首部的选项部分不能超过40字节，所以一个ACK段中最多可以容纳4组SACK信息。

• Left Edge表示已收到的不连续块的第一个序号
• Right Edge表示已收到的不连续块的最后一个序号+1，即左闭右开区间。

通过ACK和SACK信息，发送方就可以确定接收方具体没有收到的数据就是从ACK到最大SACK信息之间的那些空洞的序号。

参考资料

• RFC-9293 TCP
• RFC-2018 SACK