TCP协议的特点和首部格式

TCP协议是什么？

TCP（传输控制协议）是Internet协议族中的核心协议之一，工作在传输层。它为应用层提供面向连接的、可靠的字节流服务。

TCP协议的主要特点

1. 面向连接

TCP在传输数据之前，必须先建立连接。

2. 可靠传输

TCP通过多种机制保证数据传输的可靠性：

确认应答机制
每发送一段数据，接收方都要回复一个ACK确认。

超时重传
如果发送方在规定时间内没收到ACK，就重新发送数据。

序列号机制
每个字节都有一个序列号，确保数据按正确顺序组装。

校验和
检测数据在传输过程中是否出错。

3. 流量控制

TCP会根据接收方的处理能力来调整发送速度，避免接收方被"撑爆"。

4. 拥塞控制

当网络拥堵时，TCP会主动降低发送速度，避免让网络更加拥堵。

TCP首部格式

源端口和目标端口（各16位）

这两个字段标识了通信的两端。端口号的范围是0-65535，其中：

• 0-1023：知名端口（如HTTP的80，HTTPS的443）
• 1024-49151：注册端口
• 49152-65535：动态/私有端口

序列号（32位）

序列号用来标识每个字节的位置。TCP把数据流看作一个巨大的字节数组，每个字节都有一个序列号。

确认号（32位）

确认号表示期望收到的下一个字节的序列号。比如我收到了序列号1000-1499的数据，那么我会发送ACK=1500，表示"1500之前的数据我都收到了，请发送1500开始的数据"。

数据偏移（4位）

也叫首部长度，表示TCP首部有多少个32位字（4字节）。由于这个字段只有4位，所以TCP首部最长是15×4=60字节。

保留字段（6位）

目前全部设为0，为将来扩展使用。

控制位（6位）

这6个标志位控制TCP的行为：

URG（紧急）：标识紧急数据
ACK（确认）：标识确认号字段有效
PSH（推送）：要求立即推送数据给应用程序
RST（复位）：重置连接
SYN（同步）：用于建立连接
FIN（结束）：用于关闭连接

窗口大小（16位）

表示接收方还能接收多少字节的数据，用于流量控制。

校验和（16位）

用于检测TCP首部和数据在传输过程中是否出错。计算校验和时，不仅包括TCP首部和数据，还包括IP首部中的源IP地址、目标IP地址等信息。

紧急指针（16位）

当URG标志位设置时，这个字段指向紧急数据的结束位置。

选项字段（可变长度）

最常见的选项包括：

• 最大段大小（MSS）：TCP能接收的最大数据段长度
• 窗口扩大：扩大窗口大小的表示范围
• 时间戳：用于计算往返时间

总结

TCP协议的核心思想就是"可靠"二字，通过序列号、确认应答、超时重传等机制，确保数据能够准确、完整、有序地到达目的地。