序号(Sequence
Number)占32位,发起方发送数据时,都需要标记序号。
序号(Sequence Number)的语义与SYN控制标志(Control
Bits)的值有关。根据控制标志(Control Bits)中的SYN是否为1,序号(Sequence
Number)表达不同的含义:
(1)当SYN = 1时,当前为连接建立阶段,此时的序号为初始序号ISN((Initial Sequence
Number),通过算法来随机生成序号;
(2)当SYN = 0时在数据传输正式开始时,第一个报文的序号为 ISN +
1,后面的报文的序号,为前一个报文的SN值+TCP报文的净荷字节数(不包含TCP头)。比如,如果发送端发送的一个TCP帧的净荷为12byte,序号为5,则发送端接着发送的下一个数据包的时候,序号的值应该设置为5+12=17。
在数据传输过程中,TCP协议通过序号(Sequence
Number)对上层提供有序的数据流。发送端可以用序号来跟踪发送的数据量;接收端可以用序号识别出重复接收到的TCP包,从而丢弃重复包;对于乱序的数据包,接收端也可以依靠序号对其进行排序。

(四)确认序号(Acknowledgment Number)

确认序号(Acknowledgment
Number)标识了报文接收端期望接收的字节序列。如果设置了ACK控制位,确认序号的值表示一个准备接收的包的序列码,注意,它所指向的是准备接收的包,也就是下一个期望接收的包的序列码。
举个例子,假设发送端(如Client)发送3个净荷为1000byte、起始SN序号为1的数据包给Server服务端,Server每收到一个包之后,需要回复一个ACK响应确认数据包给Client。ACK响应数据包的ACK
Number值,为每个Client包的为SN+包净荷,既表示Server已经确认收到的字节数,还表示期望接收到的下一个Client发送包的SN序号,具体的ACK值如下图左边的正常传输部分所示。
图:传输过程的确认序号(Acknowledgment Number)值示例图
在上图的左边部分,Server第1个ACK包的ACK
Number值为1001,是通过Client第1个包的SN+包净荷=1+1000计算得到,表示期望第2个Client包的SN序号为1001;Server第2个ACK包的ACK
Number值为2001,为Client第2个包的SN+包净荷=2001,表示期望第3个Server包的SN为2001,以此类推。
如果发生错误,假设Server在处理Client的第二个发送包异常,Server仍然回复一个ACK
Number值为1001的确认包,则Client的第二个数据包需要重复发送,具体的ACK值如上图右边的正常传输部分所示。
只有控制标志的ACK标志为1时,数据帧中的确认序号ACK
Number才有效。TCP协议规定,连接建立后,所有发送的报文的ACK必须为1,也就是建立连接后,所有报文的确认序号有效。如果是SYN类型的报文,其ACK标志为0,故没有确认序号。

(五)头部长度

该字段占用4位,用来表示TCP报文首部的长度,单位是4bit位。其值所表示的并不是字节数,而是头部的所含有的32bit的数目(或者倍数),或者4个字节的倍数,所以TCP头部最多可以有60字节(4*15=60)。没有任何选项字段的TCP头部长度为20字节,所以其头部长度为5,可以通过20/4=5计算得到。

(六)预留6位

头部长度后面预留的字段长度为6位,作为保留字段,暂时没有什么用处。

(七)控制标志

控制标志(Control
Bits)共6个bit位,具体的标志位为:URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN。6个标志位的说明,如下表所示。
表:TCP报文控制标志(Control Bits)说明

标志位说明
URG占1位,表示紧急指针字段有效。URG位指示报文段里的上层实体(数据)标记为“紧急”数据。当URG=1时,其后的紧急指针指示紧急数据在当前数据段中的位置(相对于当前序列号的字节偏移量),TCP接收方必须通知上层实体。
ACK占1位,置位ACK=1表示确认号字段有效;TCP协议规定,接建立后所有发送的报文的ACK必须为1;当ACK=0时,表示该数据段不包含确认信息。当ACK=1时,表示该报文段包括一个对已被成功接收报文段的确认序号Acknowledgment Number,该序号同时也是下一个报文的预期序号。
PSH占1位,表示当前报文需要请求推(push)操作;当PSH=1时,接收方在收到数据后立即将数据交给上层,而不是直到整个缓冲区满。
RST占1位,置位RST=1表示复位TCP连接;用于重置一个已经混乱的连接,也可用于拒绝一个无效的数据段或者拒绝一个连接请求。如果数据段被设置了RST位,说明报文发送方有问题发生。
SYN占1位,在连接建立时用来同步序号。当SYN=1而ACK=0时,表明这是一个连接请求报文。对方若同意建立连接,则应在响应报文中使SYN=1和ACK=1。 综合一下,SYN置1就表示这是一个连接请求或连接接受报文。
FIN占1位,用于在释放TCP连接时,标识发送方比特流结束,用来释放一个连接。当FIN = 1时,表明此报文的发送方的数据已经发送完毕,并要求释放连接。

在连接建立的三次握手过程中,若只是单个SYN置位,表示的只是建立连接请求。如果SYN和ACK同时置位为1,表示的建立连接之后的响应。

(八)窗口大小:

长度为16位,共2个字节。此字段用来进行流量控制。流量控制的单位为字节数,这个值是本端期望一次接收的字节数。

(九)校验和:

长度为16位,共2个字节。对整个TCP报文段,即TCP头部和TCP数据进行校验和计算,接收端用于对收到的数据包进行验证。

(十)紧急指针:

长度为16位,2个字节。它是一个偏移量,和SN序号值相加表示紧急数据最后一个字节的序号。
以上十项内容是TCP报文首部必须的字段,也称固有字段,长度为20个字节。接下来是TCP报文的可选项和填充部分。

(十一)可选项和填充部分

可选项和填充部分的长度为4n字节(n是整数),该部分是根据需要而增加的选项。如果不足4n字节,要加填充位,使得选项长度为32位(4字节)的整数倍,具体的做法是在这个字段中加入额外的零,以确保TCP头是32位(4字节)的整数倍。
最常见的选项字段是MSS(Maximum Segment
Size最长报文大小),每个连接方通常都在通信的第一个报文段(SYN标志为1的那个段)中指明这个选项字段,表示当前连接方所能接受的最大报文段的长度。
由于可选项和填充部分不是必须的,所以TCP报文首部最小长度为20个字节。
至此,TCP报文首部的字段,就全部介绍完了。