第17章 TCP：传输控制协议

17.3 TCP的首部

T C P数据被封装在一个I P数据报中，如图1 7 - 1所示。

图1 7 - 2显示T C P首部的数据格式。如果不计任选字段，它通常是 2 0个字节。

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（参见 1 . 1 5节）。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。如果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2 3 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（将在下章详细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，如果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，如果收到包含 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。在2 1 . 7节我们将看到重复的确认如何帮助确定分组已经丢失。

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，在随后的章节中有更详细的介绍。

• U R G 紧急指针（u rgent pointer）有效（见2 0 . 8节）。
• 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，它允许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，使用如11 . 3节所述的一个伪首部。

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。我们将在2 0 . 8节介绍它。

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。我们将在 1 8 . 4节更详细地介绍M S S选项，T C P的其他选项中的一些将在第2 4章中介绍。

从图1 7 - 2中我们注意到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。如果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。