TCP头部
TCP头部字段详解
1. 源端口和目的端口（各16位）
功能：标识发送和接收应用程序
范围：0-65535（0-1023为知名端口）
技术细节：
客户端通常使用临时端口（1024-65535）
服务端使用固定端口（如HTTP=80, HTTPS=443）
支持端口复用（SO_REUSEPORT选项）
// Linux内核端口选择算法 (net/ipv4/inet_connection_sock.c)
int inet_csk_get_port(struct sock *sk, unsigned short snum) {// ... 实现端口自动选择和冲突处理
}2. 序列号（32位）
功能：标识发送的数据字节流
初始序列号（ISN）：基于时钟的随机算法（RFC 6528）
防止序列号预测攻击
避免旧连接的报文干扰
内核实现：
// Linux ISN生成算法 (net/ipv4/tcp_ipv4.c) u32 secure_tcp_seq(__be32 saddr, __be32 daddr,__be16 sport, __be16 dport) {// 使用SipHash加密算法生成 }回绕处理：当序列号达到2^32-1时回绕到0
3. 确认号（32位）
功能：期望收到的下一个字节的序列号
累积确认机制：确认号N表示所有小于N的字节已收到
选择性确认（SACK）：通过TCP选项实现非连续确认
4. 数据偏移（4位）
功能：指定TCP头部长度（以4字节为单位）
计算：头部长度 = 数据偏移 × 4
范围：5（最小20字节）到15（最大60字节）
5. 保留位（4位）
必须置0，为未来协议扩展保留
实际使用中可能被实验性协议使用（需IANA批准）
6. 控制标志（9位）
| 标志位 | 名称 | 功能 | 应用场景 |
|---|---|---|---|
| URG | 紧急指针 | 指示紧急数据处理 | Telnet中断命令 |
| ACK | 确认 | 确认号字段有效 | 所有数据传输 |
| PSH | 推送 | 要求立即交付数据 | 实时交互应用 |
| RST | 重置 | 立即终止连接 | 端口扫描防御 |
| SYN | 同步 |
标志组合示例：
SYN+ACK：连接建立响应
FIN+ACK：正常连接终止
PSH+ACK：即时数据传输
7. 窗口大小（16位）
功能：接收方通告的可用缓冲区大小
流量控制机制：动态调整发送速率
窗口缩放选项：通过选项扩展窗口大小（最高1GB）
// Linux内核窗口缩放处理 (net/ipv4/tcp_input.c) void tcp_rcv_synsent_state_process(struct sock *sk, struct sk_buff *skb) {// ... 处理窗口缩放选项 }零窗口探测：当窗口为0时发送探测报文
8. 校验和（16位）
10. 选项字段（可变长度）
选项结构：
+--------+--------+--------+--------+ | Kind | Length | Data... | +--------+--------+--------+--------+
核心选项详解：
覆盖范围：TCP头部+数据+伪头部
伪头部结构：
0 7 8 15 16 23 24 31 +--------+--------+--------+--------+ | source address | +--------+--------+--------+--------+ | destination address | +--------+--------+--------+--------+ | zero | PTCL | TCP length | +--------+--------+--------+--------+
计算算法：
uint16_t tcp_checksum(const void *buff, size_t len, in_addr_t src_addr, in_addr_t dest_addr) {uint32_t sum = 0;const uint16_t *ptr = buff;// 伪头部计算struct pseudo_header psh = {src_addr, dest_addr, htons(IPPROTO_TCP), htons(len)};sum = calculate(&psh, sizeof(psh));// 数据计算while (len > 1) {sum += *ptr++;len -= 2;}if (len > 0) sum += (*ptr) & htons(0xFF00);// 折叠进位sum = (sum >> 16) + (sum & 0xFFFF);sum += (sum >> 16);return (uint16_t)(~sum); }9. 紧急指针（16位）
功能：当URG=1时，指示紧急数据结束位置
计算：紧急数据结束 = 序列号 + 紧急指针
实际应用：SSH/Telnet的中断命令（Ctrl+C）
| Kind | 名称 | 长度 | 功能 |
|---|---|---|---|
| 0 | 选项结束 | 1 | 选项列表结束 |
| 1 | 无操作 | 1 | 选项填充 |
| 2 | 最大报文段 | 4 | 协商MSS（通常1460） |
| 3 | 窗口扩大因子 | 3 | 窗口缩放（2^14倍） |
| 4 | 选择性确认 | 2 | 启用SACK功能 |
| 5 | SACK块 | 可变 | 非连续接收的数据块 |
| 8 | 时间戳 | 10 | RTT测量和PAWS保护 |
| 28 | 用户超时 | 4 | 连接超时设置 |
| 29 | 认证 | 可变 | TCP-AO安全认证 |
以超时重传为例，假设客户端（Client）向服务器（Server）发送数据包，但未收到ACK确认。
场景步骤：
Client发送数据包（初始传输）：
- TCP头部包含选项字段（如时间戳）：
数据偏移 = 8（头部总长32字节 = 8 × 4） 选项字段：时间戳（Timestamp）值 = T1 序列号（Seq） = 100 数据 = "Hello" - 数据包结构：
| 20字节固定头部 | 12字节选项（时间戳） | 数据 "Hello" |
Server未收到该包（可能因网络拥塞丢失）：
- Client在重传超时（RTO） 后未收到ACK，触发重传。
Client重传数据包
数据偏移 = 8（长度不变）
选项字段：时间戳值 = T2（T2 > T1）
序列号（Seq）仍为 100（相同数据）
数据 = "Hello"（不变）
关键点分析：
- 选项长度一致性：重传时
数据偏移值仍为8，表明头部长度未变（选项字段仍存在）。 - 选项内容变化：时间戳更新（
T1 → T2），帮助计算RTT（往返时间）和重传延迟。 - 接收方处理：Server通过
数据偏移=8跳过32字节头部，直接解析数据"Hello"。