TCP报文段格式

TCP 概述

TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）是面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层协议。TCP 将应用层数据封装为报文段（Segment）进行传输。

TCP 报文段结构

TCP 报文段由首部和数据两部分组成。首部固定部分为 20 字节，可选部分最长 40 字节，因此首部总长 20~60 字节。

 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
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|          源端口号             |        目的端口号              |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                        序号 (Sequence Number)                  |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                     确认号 (Acknowledgment Number)             |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| 数据偏移|保留 |C|E|U|A|P|R|S|F|            窗口大小             |
| (4位)  |(3位)|W|C|R|C|S|S|Y|I|                               |
|        |     |R|E|G|K|H|T|N|N|                               |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|           校验和              |        紧急指针                |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                    选项（可选，0~40字节）                       |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                         数据                                    |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

各字段详解

固定首部字段（20 字节）

9 个标志位详解

可选字段（最长 40 字节）

常见选项：

• 最大报文段长度 MSS：协商 TCP 数据部分的最大长度（不含首部）
• 窗口扩大因子：将 16 位窗口字段左移若干位，扩大窗口范围
• 时间戳：用于计算 RTT 和防止序号回绕
• 选择确认 SACK：允许接收方报告不连续的数据块

关键机制

1. 序号和确认号

TCP 对每个字节编号（不是对报文段编号）。

• 序号 Seq：本报文段数据部分第一个字节的编号
• 确认号 Ack：期望收到的下一个字节的编号，表示该编号之前的所有数据已正确接收
• 累积确认：确认号表示该号之前所有数据都已正确收到

2. 校验和计算

校验和覆盖范围 = 伪首部 + TCP 首部 + TCP 数据。

伪首部（来自 IP 层，不实际传输）：

• 源 IP 地址（4 字节）
• 目的 IP 地址（4 字节）
• 全零（1 字节）
• 协议号 6（1 字节，TCP 的协议号）
• TCP 长度（2 字节，首部 + 数据）

3. 窗口机制

窗口大小字段（16 位）表示接收窗口大小：

• 值为 0：发送方暂停发送（零窗口）
• 发送方的发送窗口 $\leq$ 接收方通告的窗口值
• 用于流量控制