44、TCP报文（二）

接上节内容，本节我们继续TCP报文首部字段含义的学习。上节为止我们学习到“数据偏移”和“保留”字段。接下来我们学习后面的一些字段（暂不包含“检验和”的计算方法和选项字段）。

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TCP首部结构（续）

“数据偏移”和“保留”字段的后面，紧挨着是六个控制位，这六个控制位在整个TCP报文中起着举足轻重的作用。

为什么把这六个称做控制位呢？因为它们有两个特点：第一，每一个控制位的取值都是只有0和1，也就是相当于日常生活中的控制开关，只有开和关两种状态。第二，其中有些控制位的作用就是能够控制首部中其它的字段，比如其中的ACK位，只有把它的值设置为1，“确认号”字段的值才能有效，如果ACK位设置为0，“确认号”字段的值就是无效的了。

控制位

1、控制位第一个是URG，也叫“紧急位”。这个位是配合后面的“紧急指针”字段使用的，只有URG位的值设置为1时，首部中的“紧急指针”字段才有效。

这时候就有问题了，为什么需要“紧急”呢？什么样的数据是“紧急数据”呢？比如说，本地主机A有一个程序要在远程的主机B上运行，在运行过程中，突然想起这个程序是有病毒的，因此A必须立即停止运行，例如按下ctrl+c键中断程序的运行。ctrl+c中断命令就属于是紧急数据，也就相当于优先级高的数据，TCP对这类数据应当尽快地传输，把它放到本报文段数据的最前面，而不要再按先后顺序。如果按先后顺序的话，紧急数据到达以后，程序已经运行完了，也就没什么意义了。

2、控制位第二个是ACK，也叫“确认位”。仅当这个位的值设置为1时，“确认号”字段的值才有效，所以TCP也规定，在连接建立后所有传送的报文段都必须把ACK位设置为1。

3、第三个控制位是PSH，也叫“推送位”。这个操作一般很少使用，它主要是用于交互式通信的情况。比如在一端的应用程序输入一些命令后希望立刻得到对方的回应，这时候可以把PSH位设置为1，TCP就会立即创建一个报文段发送出去，接收方收到后也会尽快的把这个报文段交付给应用进程。

4、第四个是RST位，也叫“重置位”，是用来重置一条TCP连接的。当RST位的值设置为1时，表示这条TCP连接出了很严重的差错（例如主机崩溃）时需要释放这条连接，然后再建立一条新的连接。

5、第五个是SYN位，也叫“同步位”，报文段的SYN位设置为1主要是用在建立TCP连接的时候，建立连接的请求发发出请求，接受方接受建立请求的时候，都要把报文的SYN位设置为1进行交互。

6、最后一个控制位是FIN位，也叫“终止位”，看字面意思就知道这个控制位表示的是释放一条TCP连接。当FIN位的值为1时，表示发送方的数据都已经发送完毕，可以释放连接了。

窗口

6个控制位的后面挨着，是16个二进制位长度的“窗口”字段。我们前面已经学过发送窗口和接收窗口，窗口的本质也就是数据缓存空间的大小。而在TCP报文首部中，“窗口”字段的值指的应该是接收窗口的大小。因为接收窗口的大小是可以限制发送窗口的大小的，接收方把自己接收窗口的大小写在TCP首部中，让发送方在发送数据的时候必须考虑到接收方目前有多大的缓存容量可以接收。

举个例子，发送了一个报文段，其窗口字段的值是1000，这也就是告诉对方：现在我的接收缓存容量还有1000个字节，允许你再最多发送1000个字节，否则我就接收不了了。

读到这里，我们应该提醒两件事情：

第一，发送窗口并不是单纯的相当于“发送方的窗口”，同理，接收窗口也并不是单纯的等于“接收方的窗口”，因为现在的网络通信大多数都是全双工通信，双方在同时都可以收发，是双向交互的，也就是双方互为发送方和接收方。我们在前面一直在区分发送方和接收方，只是为了叙述原理的方便。

因此发送方也有接收窗口（因为接收来自对方发来的确认），同理接收方也有发送窗口（因为要给对方发送确认报文）。

第二，窗口值的大小并不是固定不变的。因为接收方也是一直在处理自己的接收缓存中的数据，所以接收缓存是动态变化着的。

检验和

接下来，“窗口”字段的后面是“检验和”字段，检验和的作用是通过一种算法来校验当前报文中的数据在传输过程中有没有出现错误。由于TCP和UDP的检验和计算方法一致，所以具体的方法我们在后面学到UDP的时候放在一起介绍。

紧急指针

“紧急指针”字段，刚才在学习URG控制位的时候已经见到过，只有当URG=1时，紧急指针字段才有效。配合URG位，那么紧急指针字段的值应该是紧急数据的末尾在报文段中的位置，因为紧急数据要被插入在数据的最前面，所以其实这个字段也就相当于指出了紧急数据占多少个字节。另外，需要记住的一点是：即使窗口值为零时，也可以发送紧急数据，因为紧急数据的优先级高，就像生活中的手机欠费了也能拨打110。

选项（长度可变）和填充

“选项”和“填充”不属于TCP的固定首部，因此这两个字段是可选的。其中，选项是长度可变，不过我们上一节说到过，TCP首部最大60个字节，减去固定首部20字节，那么选项字段最大也就是能达到40字节。选项包括了TCP的一些附加功能，下节我们学习常用的几个选项。最后的填充字段，就是为了在使用长度可变的选项之后，能够保证整个TCP首部的长度是4字节的整数倍。

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本节我们学习了TCP首部的其余的字段，主要是6个控制位和窗口值比较重要。下一节我们学习TCP常用的选项，作为这一部分的收尾。

参考教材：谢希仁《计算机网络》第八版