TCP 首部中的选项字段

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TCP 用户发送包含数据和 TCP 首部信息的报文段。首部包含源地址、目的地址和其他变量。在传输过程中，每个网络设备都会处理 TCP 首部。数据保持不变，但首部细节（如 IP 地址）可能会发生变化。

TCP 首部中的选项字段

TCP 首部有一个可选的选项字段，用于增强功能。它可以是 0 到 320 位，具体取决于数据偏移量的大小。选项字段包含各种类型：最大报文段大小、窗口缩放、时间戳等。此字段显示总选项长度，包括类型和长度。选项数据字段包含选项详细信息，例如数值或时间戳。

此字段提高了 TCP 连接的性能、可靠性和安全性。它根据网络状况调整报文段和窗口大小。它检测并防止报文段重新排序和欺骗。选项字段在连接建立期间协商发送方和接收方之间的功能。在 IPv4 报文段中，选项字段位于首部之后，包含额外信息。它最多可以为 40 字节，但实际大小因报文段而异。并非所有报文段都包含选项字段；这取决于使用情况和目的。

TCP 首部中选项字段的重要性

TCP 首部中的选项字段是为了 TCP 协议的未来改进而创建的。但是，它并没有被广泛使用，其内容也没有标准化。

TCP 最初创建时，互联网规模较小且不太复杂。最初的 TCP 首部可以很好地处理两个设备之间的通信。但随着互联网的发展，出现了新的需求，例如传输更大的数据并确保更可靠和安全的通信。

选项字段旨在满足这些新需求，而无需完全更改 TCP 协议。但是，它并没有得到广泛采用，并且不建议使用它。以下是一些原因

• 选项字段不是强制性的，因此并非所有 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。

• 选项字段为每个 TCP 报文段添加了额外信息，这可能会降低性能。

由于这些原因，选项字段现在很少使用。如果您需要标准 TCP 首部不支持的新功能，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。选项字段支持与其他计算机协商功能。TCP 有 35 个选项，具有不同的名称和编号。有些是常见且已知的，而另一些则是新的或未使用的。

常见选项

• 选项列表结束：标记选项字段的结束。

• 无操作：填充空闲空间以对齐选项。

• 最大报文段大小 (MSS)：告知要发送的最大数据大小。

• 窗口缩放：使窗口大小更大，以加快传输速度。

• 允许 SACK：允许选择性确认来修复数据问题。

• SACK：提供选择性确认部分，以避免数据重传。

• 时间戳：测量报文段时间并提高连接效率。

TCP 适应互联网需求，与旧计算机配合使用，并变得更快、更安全、更可靠。

数据偏移字段

TCP 首部中的数据偏移字段指定首部大小（以字为单位）。一个字是 32 位或 4 字节的数据。数据偏移量显示 TCP 首部大小。

• 最小大小：5 个字（20 字节），没有选项，只有必需字段。

• 最大大小：15 个字（60 字节），其中 10 个字（40 字节）为选项。

数据偏移量帮助接收方在 TCP 报文段中定位数据。它避免了选项和数据之间的混淆，提高了效率。

分片和 MSS

当大型报文段无法适应网络链路的限制时，就会发生分片。每个分片都有自己的 IP 首部，其中包含位置和长度信息。目的地使用此信息重新组装分片。

分片以多种方式影响 TCP 性能

• 每个分片的额外 IP 首部会增加开销。

• 由于分片是单独传输和确认的，因此报文段丢失的风险增加。

• 由于每个跳点都会处理分片，因此延迟会增加。

TCP 使用 MSS 选项设置最大数据大小来避免分片。MSS 在连接建立（SYN 报文段）期间协商。默认 MSS：IPv4 为 536 字节，IPv6 为 1220 字节。MSS 帮助 TCP 发送较小的报文段，避免分片。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。它限制了可以发送或接收的数据量。TCP 首部有一个 16 位的窗口大小字段。最大大小为 65535 字节，对于快速或远程网络而言并不总是足够。TCP 使用窗口缩放选项来增加窗口大小。在连接开始时，缩放因子决定实际窗口大小。缩放因子可以是 0 到 14，允许最大 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速度更快。

报文段丢失和 SACK

报文段丢失是指由于各种原因导致报文段从未到达其目的地。TCP 使用序列号来跟踪已发送和接收的报文段。确认号告诉发送方已收到哪些报文段。有时，某些报文段会丢失，导致已接收数据的重传。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数据已收到，哪些数据丢失。SACK 帮助 TCP 更快地解决数据丢失问题并提高可靠性。

旧的重复报文段和时间戳

旧的重复报文段是指由于错误而多次发送报文段。TCP 使用时间戳来区分旧报文段和新报文段。时间戳记录发送方和接收方时间以检查报文段的新鲜度。通过使用时间戳，TCP 确保仅处理新报文段，从而提高安全性和速度。

结论

TCP 首部中的选项字段是一个额外的部分，它使 TCP 能够执行更多操作并更好地工作。选项字段可以包含许多选项，这些选项可以帮助 TCP 更快、更安全、更可靠地发送和接收数据。一些常见且重要的选项包括

• MSS：告知可以一次发送的最大数据大小。

• 窗口缩放：告知如何使窗口大小更大。

• SACK：告知哪些部分数据良好，哪些数据丢失。

• 时间戳：告知每个报文段的两个时间。

选项字段还取决于 TCP 首部的一些其他部分，例如

• 数据偏移量：告知 TCP 首部的大小（以字为单位）。

• 序列号：告知发送和接收了哪些报文段。

• 确认号：告知哪些报文段良好。

选项字段是 TCP 随着时间的推移而变化和改进的一种方式。通过使用选项字段，TCP 可以满足互联网的需求和愿望，同时仍然与旧计算机配合使用。选项字段还可以让 TCP 执行新操作，从而使 TCP 速度更快、更安全、更可靠。