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TCP报文解析

article 2024/9/24 2:27:10

1.端口号

标记同一台计算机上的不同进程

源端口：占2个字节，源端口和IP的作用是标记报文的返回地址。

目的端口：占2个字节，指明接收方计算机上的应用程序接口。

TCP报头中的源端口号和目的端口号同IP报头中的源IP和目的IP唯一确定一条TCP连接。

2.序号:Sequence number(顺序号码)

占4个字节，是TCP可靠传输的关键部分。是本报文段发送的数据组的第一个字节的序号。

在TCP传输流中，每一个字节一个序号。（例如：一个报文段的序号为300，此报文段数据部分共有100字节，则下一个报文段的序号为400.）所以序号确保了TCP传输的有序性。序列号的初始值并非为0，而是在建立连接以后由随机数生成，后面的计算则是对每一字节加1。

3.确认序号:Acknowledge number(确认号码)

即ack，占4个字节，指明下一个期待收到的字节序号，表明该序号之前的所有数据已经正确无误的收到。确认号只有当ACK=1时才有效。比如建立连接时，SYN报文的ACK标志位为0。

4.数据偏移

占4位，它指出TCP报文的数据距离TCP报文段的起始处有多远。

由于首部可能含有可选项内容，因此TCP报头的长度是不确定的，报头不包含任选子段时长度为20字节；4位首部长度字段所能表示的最大值为1111，转化为10进制为15，故报头最大长度为15*32/8=60个字节。首部长度也叫数据偏移。

5.保留

为将来定义新的用途保留，一般置为0。

6.控制位

  SYN：同步序号，用于建立连接过程，在连接请求中，SYN=1和ACK=0表示该数据段没有使用捎带的确认域，而连接应答捎带一个确认，即SYN=1和ACK=1。
  ACK：确认序号标志。1：确认号有效；0：忽略确认号段。
  FIN：结束标志，用于释放连接，为1时表示发送方已经没有数据发送了，即关闭本方数据流。
  PSH：push标志。1：带有push标志的数据，表示接收方在接收到该报文后应尽快将这个报文段交给应用程序，而不是缓冲区排队。
  RST：重置连接标志。用于重置由于主机崩溃或其他原因而出现错误的连接。或者用于拒绝非法的报文段和拒绝连接请求。 
  URG：紧急指针标志。1：紧急指针有效；0：忽略紧急指针。

位码即tcp标志位，有6种标示  
# SYN(synchronous建立联机)  
SYN: 请求建立连接. 我们把含有SYN标识的报文称为同步报文段。UDP是一种面向无连接的通信协议，因此不检查。
对端是否可以通信，直接将UDP包发出去。TCP正好相反，它会在数据通信之前，通过TCP首部发送一个SYN包。作为建立连接的请求等待确认应答。
如果对端发来确认应答，则认为可以进行数据通信。如果对端的确认应答。未能到达，就不会进行通信。此外，在通信结束时会进行断开连接的处理(FIN包)。    
# ACK(acknowledgement 确认)  
ACK: 标识确认序号是否有效。即当发送端的数据到达接收主机时，接收端主机会返回一个已收到消息的通知。     
这个消息叫做确认应答(ACK)。在一定时间内没有等到确认应答，发送端就可以认为数据已经丢失，并进行重发。     
由此，即使产生丢包，仍然能够保证数据能够到达对端，实现可靠传输。ACK超时未收到，会重发，但数据也不会。
被无限的、反复的重发。达到一定的重发次数之后，如果仍没有任何确认应答返回，就会判断为网络或对端主机。
发生了异常，强制关闭连接，并且通知应用通信异常强行终止。    
# FIN(finish结束)  
FIN: 通知对端, 本端即将关闭. 我们把含有FIN标识的报文称为结束报文段。    
# PSH(push传送)  
PSH: 用来提示接收端应用程序立刻将数据从tcp缓冲区读走。    
# RST(reset重置) 
RST: 要求重新建立连接. 我们把含有RST标识的报文称为复位报文段
# URG(urgent紧急)  
URG: 标识紧急指针是否有效   
# Sequence number(顺序号码)   
# Acknowledge number(确认号码)

6.1 收到RST原因

在某些特殊情况下，TCP连接的一端会向另一端发送复位报文段，以通知对方关闭或重新建立连接。

一般来说，有以下三种情况：

1. 访问不存在的端口。若端口不存，则直接返回RST，同时RST报文接收通告窗口大小为0.其实客户端向服务器的某个端口发起连接，如果端口被处于TIME_WAIT 状态的连接占用时，客户端也会收到RST

2. 异常终止连接。一方直接发送RST报文，表示异常终止连接。一旦发送方发送复位报文段，发送端所有排队等待发送的数据都被丢弃。应用程序可以通过socket选项 SO_LINGER来发送RST复位报文。

3.处理半打开连接。一方关闭了连接，另一方却没有收到结束报文（如网络故障），此时另一方还维持着原来的连接。而一方即使重启，也没有该连接的任何信息。这种状态就叫做半打开连接。而此时另一方往处于半打开状态的连接写数据，则对方回应RST复位报文。

7.窗口

滑动窗口大小，用来告知接收端的缓存大小，以此控制发送端发送数据的速率，从而达到流量控制。窗口大小是2个字节，因而窗口大小最大为65536。

TCP以1个段为单位，每发一个段的数据进行一次确认应答的处理，这样的传输方式有一个缺点。那就是，包的往返时间越长通信性能就越低。为解决这个问题，引入窗口这个概念。确认应答不再是以每个段，而是以更大的单位进行确认时，转发时间将会被大幅度缩短。也就是说，发送端主机，在发送了一个段以后不必要一直等待确认应答，而是继续发送。窗口大小就是指无需等待确认应答而可以继续发送数据的最大值。这个机制实现了使用大量的缓冲区，通过对多个段同时进行确认应答的功能。

8.校验和

奇偶校验，此校验和是针对整个TCP报文段的，包括TCP报头和TCP报文数据段，以2个字节进行计算所得。由发送端计算和存储，并由接收端进行验证。

9.紧急指针

只有当URG标志置1时紧急指针才有效。紧急指针是一个正的偏移量，和顺序号字段中的值相加表示紧急数据最后一个字节的序号。TCP的紧急方式是发送端向另一端发送紧急数据的一种方式。

10.选项和填充

最常见的可选字段是最长报文大小，又称为MSS（Maximum Segment Size），每个连接方通常都在通信的第一个报文段（为建立连接而设置SYN=1的那个段）中指明这个选项，它表示本端所能接受的最大报文段的长度。选项长度不一定是32位的整数倍，所以要加填充位，即在这个字段中加入额外的0，以保证TCP头部是32的整数倍。