1.简介

上一篇中通过宏哥的介绍和讲解，小伙伴或者童鞋们应该知道宏哥今天要讲解和介绍的内容在哪里了吧，没错就是介绍那个OSI七层模型的传输层。因为只有它建立主机端到端的连接如：TCP、UDP。

2.TCP是什么?

tcp是工作在传输层，也就是网络层上一层的协议。

它是面向连接的，可靠的，基于字节流、全双工的通信协议。

TCP收到上一层的数据包后，会加上TCP头并且进行一些特殊处理后，再传递给网络层。

2.1TCP定义

传输控制协议（英语：Transmission Control Protocol，缩写：TCP）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议，由IETF的RFC 793定义。在简化的计算机网络OSI模型中，它完成第四层传输层所指定的功能。用户数据报协议（UDP）是同一层内另一个重要的传输协议。

6.OSI和封包详细信息的对应

为了更加清楚明白，宏哥这里将上一篇文章中的图拿过来进行说明和讲解。

7. TCP包的具体内容

从下图可以看到wireshark捕获到的TCP包中的每个字段。

8.TCP报文格式

TCP是面向连接、可靠的传输协议，其报文格式较复杂。TCP报文的格式如下：

上图简化如下：

注意：实际的TCP报文段会根据TCP头部长度和可选项的不同而有所变化。

主要字段解释：

• 源端口：占 2 字节，标识数据包是哪个应用发出去的。
• 目的端口：占 2 字节，标识数据包是发给哪个应用的。Source Port和Destination Port:分别占用16位，表示源端口号和目的端口号；用于区别主机中的不同进程，而IP地址是用来区分不同的主机的，源端口号和目的端口号配合上IP首部中的源IP地址和目的IP地址就能唯一的确定一个TCP连接。
• 序号: 占 4 字节，TCP 连接中传送的 数据流中的每一个字节都编上一个序号.序号字段的值则指的是本报文段所发送的数据的第一个字节的序号。 Sequence Number:用来标识从TCP发端向TCP收端发送的数据字节流，它表示在这个报文段中的的第一个数据字节在数据流中的序号；主要用来解决网络报乱序的问题；
• 确认号：占 4 字节，是期望收到对方的下一个报文段的数据的第一个字节的序号。Acknowledgment Number:32位确认序列号包含发送确认的一端所期望收到的下一个序号，因此，确认序号应当是上次已成功收到数据字节序号加1。不过，只有当标志位中的ACK标志（下面介绍）为1时该确认序列号的字段才有效。主要用来解决不丢包的问题。
• 数据偏移(首部长度): 占 4 位，它指出 TCP 头部实际长度。Offset:给出首部中32 bit字的数目，需要这个值是因为任选字段的长度是可变的。这个字段占4bit（最多能表示15个32bit的的字，即4*15=60个字节的首部长度），因此TCP最多有60字节的首部。然而，没有任选字段，正常的长度是20字节。
  • 在 TCP 协议中，TCP 头部的长度是可变的，最小长度为 20 个字节，最大长度为 60 个字节。这是因为 TCP 头部中有一些可选字段，如 TCP 选项、窗口缩放因子等，这些字段的长度是可变的，因此 TCP 头部的长度也会随之变化。TCP 头部长度是通过 TCP 头部中的 数据偏移(首部长度)字段来指定的，它表示 TCP 头部的长度以 32 位字为单位计算的值。因此，TCP 头部长度实际上是 数据偏移(首部长度)字段值乘以 4。TCP Flags:TCP首部中有6个标志比特，它们中的多个可同时被设置为1，主要是用于操控TCP的状态机的，依次为 URG ， ACK ， PSH ， RST ， SYN ， FIN 。每个标志位的意思如下：
• 状态位，占6比特：
  • URG：此标志表示TCP包的紧急指针域（后面马上就要说到）有效，用来保证TCP连接不被中断，并且督促中间层设备要尽快处理这些数据。
  • ACK：该位为 1 时，「确认号」的字段变为有效，否则无效。此标志表示应答域有效，就是说前面所说的TCP应答号将会包含在TCP数据包中；有两个取值：0和1，为1的时候表示应答域有效，反之为0； TCP协议规定，只有ACK=1时有效，也规定连接建立后所有发送的报文的ACK必须为1。
  • PSH：这个标志位表示Push操作。所谓Push操作就是指在数据包到达接收端以后，立即传送给应用程序，而不是在缓冲区中排队。
  • RST：该位为 1 时，表示 TCP 连接中出现异常必须强制断开连接，然后重新建立新链接。这个标志表示连接复位请求。用来复位那些产生错误的连接，也被用来拒绝错误和非法的数据包。
  • SYN：该位为 1 时，表示希望建立连接，并在其「序号」的字段进行序列号初始值的设定。
  • FIN：该位为 1 时，表示数据发送传输完毕，希望断开连接。表示发送端已经达到数据末尾，也就是说双方的数据传送完成，没有数据可以传送了，发送 FIN 标志位的TCP数据包后，连接将被断开。这个标志的数据包也经常被用于进行端口扫描。
• 窗口：占2字节，用于流量控制，通信双方各声明一个窗口，标识自己当前的处理能力。控制报文别发太快，也别发太慢。

  16位2字节，用于表示滑动窗口大小，窗口大小最大为65535(2^16-1)字节。
  接收方的流量控制手段，窗口大小为字节数，起始于确认序号字段指明的值，这个值是接收端正期望接收的字节。告诉发送端，接收端目前允许发送端数据量。大小两字节65535，在客户端与服务端 TCP 都允许的情况下，选项中可存在窗口扩展选项。 示例中：窗口大小65535，代表告诉发送方，从这个下一包0的序号开始，接收方只能接受65535个字节长度了（当然这里还没有算上扩展选项，稍后再讲）。

• 检验和: 占 2 字节，校验数据是否完整未更改。

  16位2字节，检验和覆盖了整个的 TCP 报文段: TCP 首部和 TCP 数据。这是一个强制性的字段，一定是由发端计算和存储，并由收端进行验证。和 UDP 用户数据报一样，在计算检验和时，要在 TCP 报文段的前面加上12字节的伪首部。伪首部的格式和 UDP 用户数据报的伪首部一样。但应把伪首部第4个字段中的17改为6（TCP的协议号是6）；把第5字段中的UDP中的长度改为TCP长度。接收方收到此报文段后，仍要加上这个伪首部来计算检验和。若使用TPv6，则相应的伪首部也要改变。
  校验和错误的分组丢弃（因为源IP地址、源端口号或者协议字段可能被破坏）。

• 紧急指针：16位2字节，在紧急 URG 标志执1的时候有效，代表一个偏移量，和序号字段值相加，代表紧急数据最后一个字节的序号。
• 选项：长度可变，最长可达40字节。当没有使用“选项”时，TCP 的首部长度是20字节。其最大长度可根据 TCP 首部长度进行推算。TCP 首部长度用4位数据偏移表示，单位是4字节，那么选项部分最长为：(2^4-1)*4-20=40字节。TCP 协议最初只规定了一种选项，即最长报文段长度（数据字段加上TCP首部），又称为 MSS。MSS 告诉对方 TCP “我的缓存所能接收的报文段的数据字段的最大长度是 MSS 个字节”。
• 填充: 为了使整个首部长度是 4 字节的整数倍。选项长度是指不一定是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。

8.1TCP报文字段说明表格展示

有同学喜欢表格展示，宏哥也提供出来啦！

9.小结

今天主要详细地介绍了一下TCP包的理论知识，基本上都是文字，看起来比较晦涩难懂。下一篇宏哥打算讲解和分享一下:TCP的三次握手和四次挥手以及WireShark的实践。好了，今天时间也不早了，宏哥就讲解和分享到这里，感谢您耐心的阅读，希望对您有所帮助。