因特网的传输控制协议的分析介绍

传输控制协议（Transmission Control Protocol，TCP）是TCP/IP体系中面向连接的传输层协议，它提供全双工的可靠的交付服务。协议规定了TCP软件怎样识别给定计算机上的多个目的进程（即正在运行中的多个程序），如何对分组丢失和分组重复差错进行恢复。此外，协议还规定了运行一台计算机上的多个应用程序同时进行通信，也可对接收到的数据进行分解和分别送到多个应用程序。

1.TCP报文段的首部

TCP报文段分为首部和数据两部分，如图4-48所示。TCP的全部功能都体现在它的首部各字段。首部的前20字节是固定的，后面有4N字节是根据需要可增加的选项（N是整数）。因此TCP首部的最小长度是20字节。

首部固定部分各字段的意义：

（1）源端口和目的端口：各占2字节。端口是传输层与应用层的服务接口。16bit的端口加上32bit的IP地址，构成了插口（Socket），它相当于传输层服务访问点（Transport Service Access Point，TSAP）的地址，共48bit。

图4-48 TCP报文段的首部

（2）序号：占4字节。TCP面向连接数据流，它传送的报文可看成连续的数据流，其中每一个字节都对应于一个序号。首部中的“序号”指的是本报文段发送数据中的第一个字节的序号。

例如，某个报文段的序号为301，携带的数据长度为100字节，则本报文段数据的第一个字节的序号为301，最后一个字节的序号为400。这样，下一个报文段的数据序号应从401开始。

（3）确认序号：占4字节。它是期望收到对方下一个报文段数据的第一个字节的序号。例如，收到一个序号字段值为501的一个报文段，数据长度为200字节，如果响应的报文段中确认的序号值为701，则表明501～701之间的数据均已正确收到。由于序号字段有32bit长，可对4GB（2³²bit）的数据进行编号，保证序号具有足够的重复使用空间。

（4）数据偏移：占4bit，它是指数据开始的地方离TCP报文段的起始处有多远。

（5）保留：占6bit，保留今后使用，目前应为0。

（6）说明本报文段性质的控制比特（每个性质说明1bit）。

①URG（Urgent）紧急比特：URG=1时，告诉系统此报文段中有紧急数据，应尽快传送（相当于最高优先级）。

②ACK（Acknowledgement）确认比特：ACK=1时，确认序号字段有效。ACK=0时，确认序号无效。

③PSH（Push）推送比特：PSH也可称为急迫比特，即尽快（推送）交付给接收应用进程（进程：正在运行的程序）。

④RST（Reset）复位比特：RST=1时，表明TCP连接中出现严重差错，必须释放，然后再重新建立运输连接。

⑤SYN（Synchronization）同步比特：在建立连接时，用来同步序号。(www.xing528.com)

⑥FIN（Final）终止比特：FIN=1时，释放一个连接。

（7）窗口：占2字节。窗口字段用来控制对方发送的数据量。TCP连接的接收端按自己缓存的空间大小确定自己的接收窗口大小，然后通知对方确定的发送窗口大小。

（8）检验和：占2字节。检验和字段的范围，包括首部和数据两部分。

（9）选择：长度可变。只有一个选项时，告诉对方TCP，缓存能接收的报文段的数据字段的最大长度（Max-Segment Size，MSS）。当没有选项时，TCP的首部长度为20字节。选择较小的MSS时，网络的利用率降低。

2.流量控制与拥塞控制

为了提高报文段的传输效率，TCP采用大小可变的滑动窗口进行流量控制。发送窗口在建立连接时由双方商定。但在通信过程中，接收端可根据自己的资源情况，随时动态地调整对方的发送窗口大小。

图4-49表示发送端要发送900字节长的数据，划分为9个100字节长的报文段，而对方接收端确认的发送窗口为500字节。发送端只要收到了对方的确认，发送窗口就可前移。发送端的TCP要维护一个指针。每发送一个报文段，指针就向前移动一个报文段距离。当指针移动到发送出窗口的最右端（500KB位置）时，就不能再发送报文段了。

实现流量控制不仅仅是为了接收端来得及接收。如果发送端发出的报文过多，会使网络负荷过重，由此会引起报文段的延时增大。报文段延时的增大，会使主机不能及时地收到确认信息，于是会重传更多的报文段，进一步加剧网络的拥塞。因此主机应当适当地降低发送速率。

图4-49 TCP中的滑动窗口概念

a）发送窗口大小为500字节 b）发送了400字节，收到的确认序号为201，窗口大小不变，还可发送300字节 c）收到的确认序号为401，窗口大小变为400字节，还可发送400字节

3.TCP的重传机制

TCP将数据流看作字节序列，为便于传输，又将这个字节序列划分为若干个报文段。通常，每个报文段又被放置到一个IP数据报中，并通过互联网传送。

TCP的重传机制是每发送一个报文段就设置一次计时器。只要计时器设置的重传时间已到，如果还没有收到确认信息ACK，就要重传这一段报文。

TCP采用了一种自适应算法。这种算法记录每个报文段发出的时间和收到确认报文段的时间，这两个时间差称为报文段的往返延时。显然，计算器设置的重传时间应略大于平均往返延时。

TCP采用滑动窗口传送机制和报文段重传机制，不仅提供了流量控制功能，而且还提供了可靠传输服务。