计算机网络—— 运输层：TCP报文段的首部格式

Posted 2021-08-10 大彤小忆

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• 9. TCP报文段的首部格式
• • 9.1 课后练习

9. TCP报文段的首部格式

  ■ 为了实现可靠传输，TCP采用了面向字节流的方式。
  ■ 但TCP在发送数据时，是从发送缓存取出一部分或全部字节并给其添加一个首部使之成为TCP报文段后进行发送。
   $\diamond$ 一个TCP报文段由首部和数据载荷两部分构成；
   $\diamond$ TCP的全部功能都体现在它首部中各字段的作用。

  ■ TCP报文段的首部格式：

  源端口： 占16比特，写入源端口号，用来标识发送该TCP报文段的应用进程。
  目的端口： 占16比特，写入目的端口号，用来标识接收该TCP报文段的应用进程。

  序号： 占32比特，取值范围[0, 2${}^{32}$-1]，序号增加到最后一个后，下一个序号就又回到0。
      指出本TCP报文段数据载荷的第一个字节的序号。

  确认号： 占32比特，取值范围[0, 2${}^{32}$-1]，确认号增加到最后一个后，下一个确认号就又回到0。
       指出期望收到对方下一个TCP报文段的数据载荷的第一个字节的序号，同时也是对之前收到的所有数据的确认。
       若确认号=n，则表明到序号n-1为止的所有数据都已正确接收，期望接收序号为n的数据。

  确认标志位ACK： 取值为1时确认号字段才有效；取值为0时确认号字段无效。
       TCP规定，在连接建立后所有传送的TCP报文段都必须把ACK置1。

  数据偏移： 占4比特，并以4字节为单位。
        用来指出TCP报文段的数据载荷部分的起始处距离TCP报文段的起始处有多远。这个字段实际上是指出了TCP报文段的首部长度。
        首部固定长度为20字节，因此数据偏移字段的最小值为(0101)${}_2$。
        首部最大长度为60字节，因此数据偏移字段的最大值为(1111)${}_2$。

  保留： 占6比特，保留为今后使用，但目前应置为0。

  窗口： 占16比特，以字节为单位。指出发送本报文段的一方的接收窗口。
      窗口值作为接收方让发送方设置其发送窗口的依据。
      这是以接收方的接收能力来控制发送方的发送能力，称为流量控制。

  校验和： 占16比特，检查范围包括TCP报文段的首部和数据载荷两部分。
       在计算校验和时，要在TCP报文段的前面加上12字节的伪首部。

  同步标志位SYN： 在TCP连接建立时用来同步序号。

  终止标志位FIN： 用来释放TCP连接。

  复位标志位RST： 用来复位TCP连接。
           当RST=1时，表明TCP连接出现了异常，必须释放连接，然后再重新建立连接。
           RST置1还用来拒绝一个非法的报文段或拒绝打开一个TCP连接。
  推送标志位PSH： 接收方的TCP收到该标志位为1的报文段会尽快上交应用进程，而不必等到接收缓存都填满后再向上交付。
  紧急标志位URG： 取值为1时紧急指针字段有效；取值为0时紧急指针字段无效。
  紧急指针： 占16比特，以字节为单位，用来指明紧急数据的长度。
        当发送方有紧急数据时，可将紧急数据插队到发送缓存的最前面，并立刻封装到一个TCP报文段中进行发送。紧急指针会指出本报文段数据载荷部分包含了多长的紧急数据，紧急数据之后是普通数据。
  最大报文段长度MSS选项： TCP报文段数据载荷部分的最大长度。
  窗口扩大选项： 为了扩大窗口(提高吞吐率)。
  时间戳选项： 用来计算往返时间RTT。
         用于处理序号超范围的情况，又称为防止序号绕回PAWS。
  选择确认选项： 用来实现选择确认功能。
  填充： 由于选项的长度可变，因此使用填充来确保报文段首部能被4整除(因为数据偏移字段，也就是首部长度字段，是以4字节为单位的)。

9.1 课后练习

  1. TCP报文段首部的最小长度为( A )
    A. 20字节  B. 40字节   C. 60字节   D. 80字节
   分析： TCP报文段首部的最小长度为20字节。

  2. TCP报文段首部的最大长度为( C )
    A. 20字节  B. 40字节   C. 60字节   D. 80字节
   分析： TCP报文段首部的最大长度为60字节。

  3. TCP报文段首部中序号字段的作用是( B )
    A. 指明TCP报文段首部第一个字节的序号
    B. 指明TCP报文段的数据载荷的第一个字节的序号
    C. 指明TCP报文段的数据载荷的最后一个字节的序号
    D. 指明TCP报文段的数据载荷的长度
   分析： TCP报文段首部中序号字段的作用是指明TCP报文段的数据载荷的第一个字节的序号。

  4. TCP报文段首部中窗口字段的值( C )
    A. 指明自己的拥塞窗口的尺寸
    B. 指明对方的发送窗口的尺寸
    C. 指明自己的接收窗口的尺寸
    D. 指明对方的拥塞窗口的尺寸
   分析： TCP报文段首部中窗口字段的值指明自己的接收窗口的尺寸。