TCP、UDP的首部格式及其含义

一、TCP报文段的首部格式

• TCP是面向字节流的

• TCP在发送数据时，从发送缓存中取出一部分或全部字节并给其加上一个TCP首部，使其成为TCP报文段然后交给网络层(TCP是运输层，其下层是网络层)

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  • 一个TCP报文段由TCP首部和数据载荷部分组成
  • TCP的全部功能都体现在其首部中各个字段的作用

• TCP的首部格式如下所示：

  

1. 数据偏移（4bit）：该字段表示数据载荷的首字节在整个TCP报文段中的位置，同时也代表了TCP首部的长度，因为TCP首部由固定首部20字节和最大扩展首部40字节组成，所以数据偏移字段最小是为20字节，最大是60字节；又因为该字段的单位是4字节，故最小值用二进制表示是0101，最大值是1111，在《计算机网络—自顶向下方法》中该字段也叫首部长度
2. 源端口和目的端口(各占2个字节16bit)：源端口用来表示发送方的应用进程，目的端口用来标识接收方的应用进程
3. 序号seq、确认号ack、ACK标志位：
   • 序号字段：占4字节32bit，取值范围$[0，2^{32}-1]$，序号增大到最后一个后，下一个序号从0开始；用于指出TCP报文段中数据载荷的第一个字节的序号
   • 确认号字段：占4字节32bit，取值范围$[0，2^{32}-1]$，序号增大到最后一个后，下一个序号从0开始；用于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，同时也是对该序号之前的所有数据的确认
     • 如确认号为n，表示到序号n-1的所有数据都已经正确接收，期望下次接收到序号为n的数据
   • ACK标识位：占1个bit；ACK=1确认号字段有效，ACK=0确认号字段无效；TCP建立连接后，所有传送的TCP报文都必须把ACK置1
4. 保留字段(6bit)：未使用，目前置0
5. 窗口字段(2字节16bit)：以字节为单位，表示发送该报文的那一方的接收窗口大小，用于配合拥塞窗口调整对方的发送窗户大小
6. 校验和字段(2字节16bit)：使用校验算法检查整个TCP报文段(首部和数据载荷)在传输过程中是否产生差错，注意和IP协议首部中的首部校验和字段区分，首部校验和字段仅仅校验IP首部，且在传输过程中动态变化
7. 同步标志位SYN：在TCP建立时用于同步序号，SYN=1表示这是一个TCP请求连接报文段
8. 终止标志位FIN：用来释放TCP连接，FIN=1表明这是一个TCP释放连接请求报文段
9. 复位标志位RST：用来复位TCP连接，RST=1表明TCP连接出现异常，需要释放连接，然后再重新建立连接；也可以用于拒绝一个非法报文段或拒绝打开TCP连接
10. 推送标志位PSH：接收方的TCP收到PSH=1的报文段后会尽快向上交应用进程，而不是等到接收缓存填满后再一并上交
11. 紧急标志位URG、紧急指针：
    • URG占1bit；URG=1时紧急指针有效，URG=0时紧急指针无效
    • 紧急指针：占2字节16bit，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，URG和紧急指针配合使用，发送方会将紧急数据插队到发送缓存最前面，并立刻包装一个TCP报文段(其中URG=1，紧急指针生效)，TCP报文段数据载荷的最前面是紧急数据，紧急指针说明了紧急数据的长度，紧急数据之后是普通数据

二、UDP的数据报首部格式

• UDP数据报同样也由首部和数据部分组成
• 首部仅仅有4个字段8个字节：源端口、目的端口、长度、检验和
  • 源端口：源端口用来表示发送方的应用进程
  • 目的端口：目的端口用来标识接收方的应用进程
  • 长度：以字节为单位，指明该UDP数据报的长度（首部+数据部分）
  • 检验和：接收方使用校验和来检查整个UDP数据报是否出错(其实计算该校验和时还涉及到IP首部的一些字段，不过这里忽略不表)