TCP的首部的详细剖析

TCP的服务
尽管T C P和U D P都使用相同的网络层（ I P），T C P却向应用层提供与U D P完全不同的服务。
T C P提供一种面向连接的、可靠的字节流服务。
面向连接意味着两个使用T C P的应用（通常是一个客户和一个服务器）在彼此交换数据
之前必须先建立一个T C P连接。这一过程与打电话很相似，先拨号振铃，等待对方摘机说
“喂”，然后才说明是谁。在第1 8章我们将看到一个T C P连接是如何建立的，以及当一方通信
结束后如何断开连接。
在一个T C P连接中，仅有两方进行彼此通信。在第1 2章介绍的广播和多播不能用于T C P。
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）（参见
图1 - 7）。在1 8 . 4节我们将看到T C P如何确定报文段的长度。
• 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
及时收到一个确认，将重发这个报文段。在第2 1章我们将了解T C P协议中自适应的超时
及重传策略。
• 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，这将在1 9 . 3节讨论。
• 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。
• 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。T C P连接的每一方都有固定大小的缓冲空间。T C P的接收端只
允许另一端发送接收端缓冲区所能接纳的数据。这将防止较快主机致使较慢主机的缓冲
区溢出。
两个应用程序通过T C P连接交换8 bit字节构成的字节流。T C P不在字节流中插入记录标识
符。我们将这称为字节流服务（ byte stream service）。如果一方的应用程序先传1 0字节，又传
2 0字节，再传5 0字节，连接的另一方将无法了解发方每次发送了多少字节。收方可以分4次接
收这8 0个字节，每次接收2 0字节。一端将字节流放到T C P连接上，同样的字节流将出现在
T C P连接的另一端。
另外，T C P对字节流的内容不作任何解释。T C P不知道传输的数据字节流是二进制数据，
还是A S C I I字符、E B C D I C字符或者其他类型数据。对字节流的解释由T C P连接双方的应用层
解释。
这种对字节流的处理方式与U n i x操作系统对文件的处理方式很相似。U n i x的内核
对一个应用读或写的内容不作任何解释，而是交给应用程序处理。对U n i x的内核来说，
它无法区分一个二进制文件与一个文本文件。

 

TCP的首部
　　TCP数据被封装在一个I P数据报中如下图：

　　TCP数据在IP数据报中的封装
　　显示T C P首部的数据格式。假如不计任选字段，它通常是2 0个字节。
　　
　　TCP包首部
　　每个T C P段都包含源端和目的端的端口号，用于寻找发端和收端应用进程。这两个值加上I P首部中的源端I P地址和目的端I P地址唯一确定一个T C P连接。
　　有时，一个I P地址和一个端口号也称为一个插口（s o c k e t）。这个术语出现在最早的T C P 规范（R F C 7 9 3）中，后来它也作为表示伯克利版的编程接口。插口对（s o c k e t p a i r）(包含客户I P地址、客户端口号、服务器I P地址和服务器端口号的四元组)可唯一确定互联网络中每个T C P连接的双方。
　　序号用来标识从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。假如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23 2－1后又从0开始。
　　当建立一个新的连接时，S Y N标志变1。序号字段包含由这个主机选择的该连接的初始序号I S N（Initial Sequence Number）。该主机要发送数据的第一个字节序号为这个I S N加1，因为S Y N标志消耗了一个序号（将在下章具体介绍如何建立和终止连接，届时我们将看到F I N标志也要占用一个序号）。
　　既然每个传输的字节都被计数，确认序号包含发送确认的一端所期望收到的下一个序号。因此，确认序号应当是上次已成功收到数据字节序号加1。只有A C K标志（下面介绍）为1时确认序号字段才有效。
　　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。
　　T C P为应用层提供全双工服务。这意味数据能在两个方向上独立地进行传输。因此，连接的每一端必须保持每个方向上的传输数据序号。
　　T C P可以表述为一个没有选择确认或否认的滑动窗口协议（滑动窗口协议用于数据传输将在2 0 . 3节介绍）。我们说T C P缺少选择确认是因为T C P首部中的确认序号表示发方已成功收到字节，但还不包含确认序号所指的字节。当前还无法对数据流中选定的部分进行确认。例如，假如1～1 0 2 4字节已经成功收到，下一报文段中包含序号从2 0 4 9～3 0 7 2的字节，收端并不能确认这个新的报文段。它所能做的就是发回一个确认序号为1 0 2 5的A C K。它也无法对一个报文段进行否认。例如，假如收到包含1 0 2 5～2 0 4 8字节的报文段，但它的检验和错，T C P接收端所能做的就是发回一个确认序号为1 0 2 5的A C K。
　　首部长度给出首部中32 bit字的数目。需要这个值是因为任选字段的长度是可变的。这个字段占4 bit ，因此T C P最多有6 0字节的首部。然而，没有任选字段，正常的长度是2 0字节。在T C P首部中有6个标志比特。它们中的多个可同时被设置为1。我们在这儿简单介绍它们的用法。
　　U R G紧急指针（u rgent pointer ）有效
　　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。
　　T C P的流量控制由连接的每一端通过声明的窗口大小来提供。窗口大小为字节数，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。在2 4 . 4节我们将看到新的窗口刻度选项，它答应这个值按比例变化以提供更大的窗口。
　　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。
　　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。
　　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。
　　从上图中我们注重到T C P报文段中的数据部分是可选的。我们将在1 8章中看到在一个连接建立和一个连接终止时，双方交换的报文段仅有T C P首部。假如一方没有数据要发送，也使用没有任何数据的首部来确认收到的数据。在处理超时的许多情况中，也会发送不带任何数据的报文段。
　　文章来源: baike.duba.net

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