TCP报文首部中的选项字段

TCP用户发送带有数据和TCP首部信息的数据包。首部包含源地址、目的地址和其他变量。在传输过程中，网络设备会处理TCP首部。数据保持不变，但IP地址等首部细节可能会发生变化。

TCP首部中的选项字段

TCP首部包含一个可选的选项字段，用于增强功能。它的长度可以是0-320位，取决于数据偏移大小。选项字段包含各种类型：最大报文段长度、窗口缩放、时间戳等。该字段显示总的选项长度，包括类型和长度。选项数据字段包含选项的详细信息，例如数值或时间戳。

该字段改善了TCP连接的性能、可靠性和安全性。它根据网络条件调整数据包和窗口大小。它可以检测和防止数据包重排序和欺骗。选项字段在建立连接时在发送方和接收方之间协商功能。在IPv4数据包中，选项字段跟随首部，包含额外的信息。它的长度可以高达40字节，但实际大小因数据包而异。并非所有数据包都有选项字段，这取决于使用和目的。

TCP首部中选项字段的重要性

TCP首部中的选项字段是为了未来改进TCP协议而创建的。但是，它并没有被广泛采用，其内容也没有标准化。

当TCP首次创建时，互联网规模较小且较简单。原始的TCP首部在两个设备之间的通信中运作良好。但随着互联网的发展，出现了新的需求，如传输更大的数据和确保更可靠、安全的通信。

选项字段旨在满足这些新需求，而无需完全改变TCP协议。然而，它并没有被广泛采用，也不推荐使用。以下是一些原因：

• 选项字段不是强制性的，因此并非所有的TCP实现都支持它。

• 选项字段的内容没有标准化，导致兼容性问题。

• 选项字段会向每个TCP数据包添加额外的信息，可能会降低性能。

因为这些原因，选项字段现在很少使用。如果您需要不受标准TCP首部支持的新功能，则最好使用TCP协议扩展，如选择性确认（SACK）选项。

TCP选项字段中的各种选项

TCP选项字段使数据传输更快、更安全、更可靠。它帮助TCP选择数据大小，检测和修复问题。选项字段使与其他计算机协商功能成为可能。TCP具有35个不同名称和编号的选项。有些是常见的和已知的，而其他一些是新的或未使用过的。

常见选项

• 选项列表结束：标记选项字段结束。

• 无操作：填充空白空间以对齐选项。

• 最大段大小（MSS）：告知最大的数据大小以发送。

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• 窗口缩放：使窗口大小增大以加快传输速度。

• 允许SACK：允许选择性确认以解决数据问题。

• SACK：提供选择性确认的部分以避免数据重传。

• 时间戳：测量数据包时间并提高连接效率。

TCP根据互联网需求进行调整，与旧计算机兼容，并且速度更快、更安全、更可靠。

数据偏移字段

TCP头部的数据偏移字段指定头部大小（以字为单位）。一个字是32位或4字节的数据。数据偏移显示TCP头部大小。

• 最小尺寸：5个字（20字节），无选项，只有强制字段。

• 最大尺寸：15个字（60字节），有10个字（40字节）的选项。

数据偏移帮助接收方在TCP段中定位数据。它防止选项和数据之间的混淆，提高效率。

分段和MSS

当一个大的数据包无法适应网络链路的限制时，会发生分段。每个分段都有自己的IP头部，包含位置和长度信息。在目标处使用这些信息对分段进行重组。

分段以各种方式影响TCP性能：

• 随着每个分段的附加IP头部，开销增加。

• 由于分段是分别传输和确认的，丢包风险增加。

• 随着每个跳点处理分段，延迟增加。

TCP通过MSS选项避免分段以设置最大数据大小。MSS在连接建立时进行协商（SYN数据包）。IPv4的默认MSS为536字节，IPv6的默认MSS为1220字节。MSS帮助TCP发送较小的段，避免分段。它提高了TCP连接的吞吐量、可靠性和延迟。

窗口大小和窗口缩放

窗口大小控制TCP中两台计算机之间的数据流量。它限制了可以发送或接收的数据量。TCP头部有一个16位的窗口大小字段。最大尺寸为65535字节，对于快速或远程网络可能不够。TCP使用窗口缩放选项来增加窗口大小。在连接开始时，缩放因子确定实际窗口大小。缩放因子可以为0到14，允许最多1 GB的窗口。窗口缩放帮助TCP使用更大的窗口大小，在长距离或繁忙的网络上传输速度更快。

丢包和SACK

数据包丢失是由于各种原因导致数据包未能到达目的地。TCP使用序列号来跟踪已发送和已接收的数据包。确认号告诉发送方哪些数据包已被接收。有时候，一些数据包丢失，导致已接收的数据重传。TCP使用选择性确认（SACK）来避免重传已接收的数据。SACK告诉发送方哪些部分的数据已经收到，哪些部分丢失。SACK可以帮助TCP更快地修复丢失的数据问题，提高可靠性。

旧的重复分段和时间戳

当数据包被错误地多次发送时，就会出现旧的重复分段。TCP使用时间戳来区分新旧数据包。时间戳记录发送方和接收方的时间，以检查数据包的新鲜度。通过使用时间戳，TCP确保只处理新的数据包，提高了安全性和速度。

结论

TCP报头中的选项字段是一个额外的部分，可以让TCP做更多的事情并提高工作效率。选项字段可以包含许多可以帮助TCP更快、更安全、更可靠地发送和接收数据的选项。一些常见和重要的选项包括：

• MSS（最大报文段长度）：告诉可以一次发送的数据最大大小。

• 窗口扩大：告诉如何扩大窗口大小。

• SACK：告诉哪些部分的数据正常，哪些部分丢失。

• 时间戳：为每个数据包提供两个时间。

选项字段还依赖于TCP头的其他一些部分，例如：

• 数据偏移量：以字为单位表示TCP头的大小。

• 序列号：告诉哪些数据包已发送和已接收。

• 确认号：告诉哪些数据包已接收。

选项字段是TCP随着时间而改进和变得更好的一种方式。通过使用选项字段，TCP可以满足互联网的需求，同时与旧计算机兼容。选项字段还可以让TCP做一些新的事情，使TCP运行更快、更安全、更可靠。