TCP 报文段的首部格式

TCP 虽然是面向字节流的，但其传送的数据单元却是报文段。一个TCP报文段分为首部和数据两部分，而 TCP 的全部功能的体现在它首部中各字段的作用。 因此，弄清 TCP 报文段首部各字段的作用对掌握 TCP 的工作原理非常重要。TCP 报文段的首部格式如下图所示（由首部固定的 20 个字节+后面 4n 字节选择性添加选项组成）：

首部固定部分各字段的意义（20字节）

• 源端口和目的端口：各占两个字节，分别写如源端口号和目的端口号。目的端口号是为了接收方需要交付报文，源端口号是为了接收接收方的返回信息。
• 序号：占 4 个字节。是指报文段中第一个字节的编号。（TCP 连接中传送的字节流中的每一个字节都按顺序编号。）
• 确认号（ACKs）：占 4 个字节。是指期望收到对方下一个报文段的第一个数据字节的序号。注意：若确认号 = N，则表面：到序号 N-1 为止的所有数据都已正确收到。

下图举个说明序号和确认号字段意义的例子

• 确认 ACK：仅当 ACK = 1 时确认号字段才有效。当 ACK = 0 时，确认号无效。TCP 建立连接后所有的报文段都必须把 ACK 置为 1。
• 同步 SYN：在连接建立时用来同步序号。SYN 置为 1 表示这是一个连接请求或连接接收报文。当 SYN = 1 而 ACK = 0 时，表明这是一个连接请求报文段。对方若同意建立连接的话，那对应的响应报文段中有 SYN= 1 和 ACK = 1.
• 终止 FIN：用来释放一个连接。当 FIN = 1 时，表面该报文段的发送方的数据已经发送完毕，并要求释放运输连接。
• 窗口：占 2 个字节。指发送本报文段的一方的接收窗口。表示接收方目前允许发送对方的数据量（以字节为单位，窗口值是[0,2^16-1]）。之所以要有这个限制，是因为接收方的数据缓存空间有限，用于处理 TCP 流量控制。
• 检验和：占 2 字节。检验和字段检验的范围包括首部和数据这两个部分。

TCP 的流量控制

流量控制就是让发送方的发送速率不要太快，要让接收方来得及接收。接收方是有缓存的，缓存中有空闲的空间，也有已接收到的数据，要使得发送方传的数据不让这个缓存容器溢出即为流量控制。下图是接收方缓存数据的结构和走向：

流量控制的实现原理

利用滑动窗口去实现流量控制。接收方在建立连接的时候会将返给发送方报文段首部窗口值赋值（接收方缓存支持量），窗口值会随着接收方缓存的可用空间而发生改变。当给发送方发送 0 窗口的时候，发送方停止发送，等待接收方的非零窗口通知。 下图是滑动窗口实现流量控制的例子：

死锁问题

引入死锁：
当接收方发送给发送方零窗口报文段后不久，接收方中缓存有了一些存储空间，给发送方发送报文段的时候，报文段在传送过程丢失了，接收方和发送方之间失去了联系，如果没有其他措施，这种一直延续的互相等待即为死锁。

解决方案：
TCP 为每一个连接设有一个持续计时器。TCP 连接的一方收到对方的零窗口通知的时候就开启持续计时器。若计时器时间到，就发送一个零窗口探测报文段， 而对方在确认到这个探测报文段时就给出当时的窗口值。如果窗口值仍然为 0 ，那继续设置持续计时器，如果不为 0 ，死锁问题即可解决。