TCP Options
Current, TCP is used is shown below Option
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| Kind (Type) |
Length |
Name |
Reference |
Description Use & |
| 0 |
1 |
EOL |
RFC 793 |
The end of the list of options |
| 1 |
1 |
NOP |
RFC 793 |
No operation (complement for bit stuffing) |
| 2 |
4 |
MSS |
RFC 793 |
Segment maximum length |
| 3 |
3 |
WSOPT |
RFC 1323 |
Window expansion coefficient (Window Scaling Factor) |
| 4 |
2 |
SACK-Premitted |
RFC 2018 |
Show support SACK |
| 5 |
variable |
SACK |
RFC 2018 |
SACK Block (received scrambled data) |
| 8 |
10 |
TSPOT |
RFC 1323 |
Timestamps |
| 19 |
18 |
TCP-MD5 |
RFC 2385 |
MD5 authentication |
| 28 |
4 |
TUE |
RFC 5482 |
User Timeout (after removal of the connection over a certain idle time) |
| 29 |
variable |
TCP-IP |
RFC 5925 |
Certification (optional algorithms) |
| 253/254 |
variable |
Experimental |
RFC 4727 |
Reserved for scientific experiments |
Option for the general format of TLV structure, as follows:
| Kind / Type（1 Byte） |
Length（1 Byte） |
Value |
1. EOL, and NOP Option (Kind 0, Kind 1) only 1 Byte, no Length, and Value fields;
2. NOP for padded to a multiple of the length of the TCP Header 32bit (due to the Header Length field to 32bit units, so TCP Header length must be a multiple of 32bit);
3. SACK-Premitted Option accounted 2 Byte, Value field is not;
4. Option begin with the rest of the 1 Byte "Kind", Option type specified; the total length specified Option Length (including Kind and Length)
5. For receive a "can not understand" the Option, TCP will ignore off does not affect the other contents of the TCP Segment;
① .Maximum Segment Size (MSS) Option
一般情况下，通信双方在建立连接时，SYN Segment中会携带MSS Option，MSS指明本端可以接受的最大长度的TCP Segment（Payload，不含TCP Header），也就是说，对端发送数据的长度不应该大于MSS（单位Byte）。
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1. 首先要明确一点，MSS并非和对端协商的值，而是对对端发送数据长度的“限制”，表明在整个TCP连接期间，都不会接收长度大于MSS的TCP Segment。
2. 如果收到的SYN中没有MSS，将使用默认值536。MSS Option的Value字段长度固定为16bit，所以MSS最大值为65535（单位Byte）。因此，网络中所有设备都被要求，必须能够处理大小小于576Byte的数据包（IP Header + TCP Header + Default MSS 最小值为 576 Byte）
3. IPv4网络中，MSS的典型取值为1460 ，1460Byte + 20Byte IP Header + 20Byte TCP Header = 1500Byte = 以太网典型MTU；
4. IPv6网络中，典型MSS取值为1440；另外，如果MSS=65535，表示MSS = PMTU - 60
② .Selective Acknowledgment (SACK) Options
在标准的TCP实现中，使用的是累加式的ACK，例如“ACK Num = n”代表对序列号n以前的Bytes进行确认。但是，显然，这样将无法对不连续的Segment进行确认。此外，当出现不连续Segment时，还会导致TCP的接收队列出现一个“坑”，不将这个坑填上，坑后的数据就无法交付给应用程序。
为解决上述问题，TCP定义了SACK Option，可以使TCP接收者将这个“坑”的位置通告给发送者，让其对这一段数据进行重传。
注意：若要使用SACK特性，必须在建立连接时，在SYN Segment中附加上SACK-Permitted Option，以此告知对方自己支持SACK。
SACK-Permitted Option格式如下所示：
| Kind = 4 |
Length = 2 |
SACK Option通过“Left Edge ~ Right Edge”，指定了一个或多个范围的Seq Num，称为SACK Block，指明了处于“坑”后面（或坑之间）的、已成功接收的Bytes。SACK Option格式如下所示
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| Kind （5） |
Length （可变） |
Left Edge of 1st Block （32bit） |
Right Edge of 1st Block （32bit） |
…… |
…… |
Left Edge of nst Block （n≤4） |
Right Edge of nst Block （n≤4） |
另外，由于TCP Header最长为60 Byte，因此SACK Option中最多只能包含4个SACK Block
Example（终端A - 终端B）
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1. 终端A收到了TCP数据流中的Seq Num为0 ~ 1452、2905~4096的字节，但缺少了1453~2904；
2. 终端A向B发送ACK Segment，其中ACK Num=1453、SACK Option=2905~4097，表明它已经收到了数据流中的Seq Num为2905 ~ 4096的字节，但没有还没收到1453~2904；
3. 终端B收到这个SACK后，重传包含Byte 1453~2904的TCP Segment；
4. 终端A向B发送ACK Segment，其中ACK Num=4097，表明它已经收到Seq Num 4097之前的所有字节；
5. 之后，数据通信恢复正常。
③ .Window Scale (WSCALE or WSopt) Option
TCP Header的Window Size字段长度为16bit，因而正常情况下，Window Advertisement最大只能是65535 Bytes；
Window Scale Option用于将TCP Header的Window Size字段从16bit扩展至最多30bit，格式如下所示：
| Kind （3） |
Length （3） |
shift.cnt （范围0~14） |
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1. shift.cnt的取值范围为0~14，表示将Window Advertisement的值扩展至“WindowSize × 2s
2. WSopt只能出现在SYN Segment或SYN+ACK Segment中，因此shift.cnt在三次握手之后就会固定下来。
3. 另外，WSopt是双向独立的，因此连接的两个方向可以有不同的Shift.cnt。但是，WSopt必须双向同时启用，也就是说，如果SYN中不带有WSopt，SYN+ACK中也不能出现WSopt；同样，如果SYN+ACK中不带有WSopt，那么发起SYN的一端就会当作自己也不曾发送过WSopt。
4. shift.cnt根据接收Buffer的大小，由TCP自动选取。接收Buffer由系统或程序设定。
④ .Timestamps Option and PAWS（Protection against Wrapped Sequence Numbers，防止序列号回绕）
启用Timestamp Option后，每个TCP Segment中都会带有Timestamp Option，其中包含了两个32bit的Timestamp（TSval和TSecr），具体格式如下所示：
| Kind （8） |
Length （10） |
Timestamp Value（TSval） |
Timestamp Echo Reply（TSecr） |
————
1. TSval指明了发送端在发送TCP Segment时的Timestamp；接收端在对该TCP Segment做ACK时，将TSval值回显在TSecr字段中。
注意：由于TCP连接是双向的，接收端在ACK中回显TSecr时，也会把自己当前的Timestamp放入TSval字段。
2. Timestamp是一个随时间单调递增的值，由于TCP接收端只需要在ACK中将TSval简单地回显，因此通信双方并不需要进行时间同步等操作。
3. 通过Timestamp Option，发送端再也不需要在内存中保存发送Segment的时间了，只需要将其放入TSval，然后接收端将其回显在ACK Segment即可。当发送端收到ACK Segment后，取出TSscr，和当前时间做算术差，即可完成一次RTT的测量。
4. 若非通过Timestamp Option来计算RTT，大部分TCP实现只会以“每个Window采样一次”的频率来测算RTT。因此通过Timestamp Option，可以实现更密集的RTT采样，使RTT的测算更精确。
另外，Timestamp Option还有PAWS（Protection Against Wrapped Sequence Numbers，防止序列号回绕）功能，详见以下示例
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1. 假设TCP Window Size为1GB（使用Window Scale），发送者每发送一个Window的数据Timestamp值加100，数据的发送情况如下所示：
| 时间点 |
发送数据量 |
Seq Num |
Timestamp |
接收 |
| 1 |
0G：1G |
0G：1G |
0~100 |
OK |
| 2 |
1G：2G |
1G：2G |
100~200 |
其中某些Segment丢包后重传 |
| 3 |
2G：3G |
2G：3G |
200~300 |
<p align="left" style="box-sizin |
