简介

本文我们将从 RFC 学习一下 RFC793 中描述的 TCP 协议. 这将区别于通常讲解计算机网络书籍中所描述的 TCP. 但他们必然是相统一的，不会互相冲突.

消息格式

毫无疑问，我们首先得描述一下 TCP 数据包的格式.

RFC 中规定的格式如下：
在这里插入图片描述
各字段的意义及其值：
这里我们先简要的介绍一下，后续详细逐一描述每个字段的用途

Source Port： 16bits. 标记 TCP 数据包的发送方发送该数据时使用的端口号
Destination Port: 16bits. 标记 TCP 数据包的接收方接收该数据包所使用的端口号
Sequence Number: 32bits. 表示当前 TCP 数据包中数据的第一个字节的的序列号. 有一个例外，当当前数据包时包含 SYN 标记时，当前包中的序列号代表初始序列号(initial sequence number, ISN), 第一个字节的序列号将是 ISN + 1
Acknowlegment Number: 32bits. 当 ACK 标记被设置之后，这个字段表示接受方期待收到的下一个数据段的 sequence number. （当TCP连接建立之后，这个字段总是会被包含）
Data Offset: 4bits. 标识当前TCP数据包所包含的实际有效数据的偏移. 单位是 32bit，也就是 4 byte.
Reserved: 6 bits
Control Bits: 6bits.
- URG: Urgent Pointer field significant
- ACK: Acknowldgment field significant
- PSH: Push Function
- RST: Reset the connection
- SYN: Synchronize sequence numbers
- FIN: No more data from sender
Window: 16bits. 表示当前接收方能接受的数据的数量(以当前 TCP 头中的 Acknowlegment Number 为基准 )
Checksum: 16bits.
Urgent Pointer: 16bits.
Options: 可变长度.
Padding: 可变长度. 作用是将 TCP 数据包长度扩充为 32 的整数倍. padding 的值总是 0 到多个 0.

术语

在我们详细的描述 TCP 行为之前，我们需要先引入一些术语，这样会使后续的描述更直白易懂.

维护一个 TCP 连接需要记录一系列的连接状态, 我们假定有一个数据结构叫做 TCB(Transmission Control Block). 这个结构中需要存储以下连接相关的信息： Local/Remote socket number，安全性，优先级，发送/接收方的 buffer 指针，重发队列的指针和当前 TCP 段信息. 此外还有许多额外的信息.

Send Sequence Variables

SND.UNA  - send unacknowledged
SND.NXT  - send next
SND.WND  - send window
SND.UP   - send urgent pointer
SND.WL1  - segment sequence number used for last windows update
SND.WL2  - segment acknowldgment number used for last window update
ISS      - initial send sequence number

这里用一张图来描述一下发送序列.

Send Sequence Space
在这里插入图片描述

序列号小于 SND.UNA 的数据的状态为：已发送且收到了对应的 ACK. 对应图中段1
序列号处于 (SND.UNA, SND.NEXT) 的数据的状态为：已发送但是还未收到对应的 ACK. 对应图中段2
序列号处于 [SND.NEXT, SND.UNA + SND.WND) 的数据的状态：表示可用的序列号，接下来发送的数据将被赋予这些序列号. 对应图中段3
序列号大于 SND.UNA + SND.WND 在当前状态下是不可用的. 对应图中段4
段2 标记了当前的发送窗口

Receive Sequence Variables

RCV.NXT - receive next
RCV.WND - receive window
IRS     - initial receive sequence nubmer

这里用一张图来描述一下接收序列.

Receive Sequence Space
在这里插入图片描述

序列号小于 RCV.NXT 的数据的状态为：已接收且发送了对应的 ACK. 对应图中段1
序列号处于 (RCV.NXT，RCV.NXT + RCV.WND) 的序列号为期待接收到的数据的序列号. 对应图中段2
序列号大于 RCV.NXT + RCV.WND 的序列号在当前状态下是不可用的. 对应图中段3
段 2 标记了当前的接收窗口

Current Segment Variable

SEG.SEQ - segment sequence number
SEG.ACK - segment acknowldgment number
SEG.LEN - segment length
SGE.WND - segment window
SEG.UP  - segment urgent pointer
SEG.PRC - segment precedence value