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窗口Window占用 2 Byte16bit表示TCP接收方当前可用的最大缓冲区(Receive Buffer)大小常配合Options字段中的Window Scale一起使用用于实现滑动窗口机制对流量进行控制接收方通过Window告知发送方我方剩余的接收缓冲区还剩这么多发送发会根据Window大小灵活调整发送速率从而避免网络拥塞并确保通信的稳定性。请注意Window大小值有时候并不代表当前的实际可用窗口大小因为Window共占用16位最大值是2^16-1也就是64K(65535)在当前的网络高带宽情况下64K显然已无法满足大部分的网络通信所以后来就在TCP的Options字段中新增了Window Scale对窗口进行放大Window Scale代表的是一个向左的位移值(Shift count)最大值是14。二进制数据每增加一位1其换算指数都会加1所以实际窗口大小最大允许值应该是 2^(1614) -1 2^30 - 1长达1Gb。TCP在建立连接时的前两次握手过程中双方都会用Window Scale来向对端声明我方的窗口放大因子并缓存对端的窗口放大因子后期通信过程中不再声明仅发送Window双方会用对方的Window和Window Scale来计算实际的窗口大小并根据实际窗口大小调整发送速率如果窗口为0发送方会定期进行窗口探测。用图说话 校验和Checksum占用 2 Byte接收方校验接收的数据是否与发送的数据完全一致用于保证数据的完整性和准确性。Checksum是一个强制字段发送方必须生成并发送它接收方必须检查它。数据在传输过程可能会出错所以TCP发送方在发送数据前会先根据伪首部、报文段首部和报文段数据计算校验和值并将最终得到的值写入Checksum字段。而接收方在收到此报文段后会根据伪首部、报文段首部和报文段数据再次计算校验和值如果结果是0说明数据一致否则丢弃数据并报告发送方重传这段数据。 TCP发送方计算校验和过程 1.先将TCP报文段首部中的Checksum字段置为0因为Checksum本身也要参与计算 2.将伪首部、TCP报文段首部和TCP报文段数据连在一起并分成若干个16位的位串看是否是偶数个字节所有数据是否对齐如果不是则在右侧填充一个全为0的8位位串填充段仅用于计算校验和值不会传输给接收方将每个16位位串看成一个二进制数 3.对这些16位的二进制数进行1的补码和运算(ones complement sum)如果最高位有进位应循环进到最低位累加的结果再取反码即得到校验和 4.将校验写入TCP报文首部的Checksum字段。 TCP接收方检查校验和过程 1.接收方将伪首部、TCP报文段首部和TCP报文段数据按发送方同样的方式不包含发送方的第1步操作进行1的补码和运算累加的结果再取反码。 2.校验如果上步的结果为0表示传输正确否则说明传输有差错。 紧急指针Urgent Pointer占用 2 Byte也称紧急偏移用于标识紧急数据在TCP报文段数据部分的结束位置/正的偏移量。只有当标志位URG为1时该参数才有效。紧急数据是放在TCP报文段数据部分的最前端紧急指针用于标识紧急数据在TCP报文段数据部分的结束位置紧急数据之后的字节内容依然是普通数据。选项Options占用 0~40 Byte可选字段用于传输TCP报文的附加信息Options所有选项也都包含在校验和中。仅当 Data Offset 5 时Options才会出现size(Options) (Data Offset - 5)×32每个option的长度必须是8bit的整倍数最短1个字节且Options总长度也必须是32bit(4字节)的整倍数。如果某个option的长度不够4字节那么就用“No-Operation占用1字节”来补充位数(都是补高位)缺几个字节就补几个“No-Operation”。请注意当整个选项列表的结束位置无法与TCP报头尾部对齐时TCP会在整个选项(all options, not each option)列表的尾部填充“End of Option List”选项。综上可知size包含了补位和填充的数据长度。一个option由Kind、Length和Data三部分组成其中Length和Data是选填参数Length表示的是当前这个option的总长度它包含Kind、Length和Data三者总共占用的位数。 常用option如下表
KindLengthMeaningReference0-End of Option ListRFC9293仅用于填充整个选项列表尾部。1-No-OperationNOPRFC9293补位选项。24Maximum Segment SizeMSSRFC9293最大报文段长度具体限制的是TCP报文段中数据部分的长度。33Window ScaleRFC7323窗口放大因子42SACK PermittedRFC2018标识是否支持SACK只有在建立连接时SYN报段使用。5NSelective AcknowledgmentSACKRFC2018选择性确认用于数据重传机制。接收方可通过SACK参数告知发送方我方收到了不连续的数据块Ack200SACK200-400发送方可根据此信息检查哪部分数据丢失对方收到200字节数据接收到的是200-400段说明0-199段丢失了并重传这段数据。810TimestampsRFC7323时间戳
完整的options list请参阅Transmission Control Protocol (TCP) Parameters/tcp-parameters-1 参考文章 RFC 9293: Transmission Control Protocol (TCP) Transmission Control Protocol (TCP) Parameters TCP所有字段、标志位和参数在这里都能找到 RFC 3168: The Addition of Explicit Congestion Notification (ECN) to IP draft-ietf-tcpm-accurate-ecn-28 - More Accurate Explicit Congestion Notification (ECN) Feedback in TCP Accurate ECN draft-kuehlewind-tcpm-accurate-ecn-05 - More Accurate ECN Feedback in TCP Accurate ECN RFC 2018: TCP Selective Acknowledgment Options OptionsSACK RFC 2883: An Extension to the Selective Acknowledgement (SACK) Option for TCP OptionsSACK RFC 7323: TCP Extensions for High Performance OptinosWindow Scale、Timestamps
