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TCP报头中的选项字段

shasha 2021年05月25日 程序员 236 0

TCP头部的最后一个选项字段(options)是可变长的可选信息。这部分最多包含40字节,因为TCP头部最长是60字节(其中还包含前面讨论的20字节的固定部分)。典型的TCP头部选项结构如图所示。
这里写图片描述

  • 选项的第一个字段kind说明选项的类型
    有的TCP选项没有后面两个字段,仅包含1字节的kind字段
  • 第二个字段length(如果有的话)指定该选项的总长度
    该长度包括kind字段和length字段占据的2字节
  • 第三个字段info(如果有的话)是选项的具体信息

常见的TCP选项有7种,如图所示

这里写图片描述

1、kind=0,选项表结束(EOP)选项

一个报文段仅用一次。放在末尾用于填充,用途是说明:首部已经没有更多的消息,应用数据在下一个32位字开始处

2、kind=1,空操作(NOP)选项

没有特殊含义,一般用于将TCP选项的总长度填充为4字节的整数倍

3、kind=2,最大报文段长度(MSS)选项

TCP连接初始化时,通信双方使用该选项来协商最大报文段长度。TCP模块通常将MSS设置为(MTU-40)字节(减掉的这40字节包括20字节的TCP头部和20字节的IP头部)。这样携带TCP报文段的IP数据报的长度就不会超过MTU(假设TCP头部和IP头部都不包含选项字段,并且这也是一般情况),从而避免本机发生IP分片。对以太网而言,MSS值是1460(1500-40)字节。

4、kind=3,窗口扩大因子选项

TCP连接初始化时,通信双方使用该选项来协商接收窗口的扩大因子。在TCP的头部中,接收窗口大小是用16位表示的,故最大为65535字节,但实际上TCP模块允许的接收窗口大小远不止这个数(为了提高TCP通信的吞吐量)。窗口扩大因子解决了这个问题。
假设TCP头部中的接收通告窗口大小是N,窗口扩大因子(移位数)是M,那么TCP报文段的实际接收通告窗口大小是N*2M,或者说N左移M位。注意,M的取值范围是0~14。我们可以通过修改 /proc/sys/net/ipv4/tcp_window_scaling 内核变量来启用或关闭窗口扩大因子选项。
和MSS选项一样,窗口扩大因子选项只能出现在同步报文段中,否则将被忽略。但同步报文段本身不执行窗口扩大操作,即同步报文段头部的接收窗口大小就是该TCP报文段的实际接收窗口大小。当连接建立好之后,每个数据传输方向的窗口扩大因子就固定不变了。

5、kind=4,选择性确认(Selective Acknowledgment,SACK)选项

TCP通信时,如果某个TCP报文段丢失,则TCP会重传最后被确认的TCP报文段后续的所有报文段,这样原先已经正确传输的TCP报文段也可能重复发送,从而降低了TCP性能。SACK技术正是为改善这种情况而产生的,它使TCP只重新发送丢失的TCP报文段,而不用发送所有未被确认的TCP报文段。选择性确认选项用在连接初始化时,表示是否支持SACK技术。我们可以通过修改 /proc/sys/net/ipv4/tcp_sack 内核变量来启用或关闭选择性确认选项。

6、kind=5,SACK实际工作的选项

该选项的参数告诉发送方本端已经收到并缓存的不连续的数据块,从而让发送端可以据此检查并重发丢失的数据块。每个块边沿(edge of block)参数包含一个4字节的序号。其中块左边沿表示不连续块的第一个数据的序号,而块右边沿则表示不连续块的最后一个数据的序号的下一个序号。这样一对参数(块左边沿和块右边沿)之间的数据是没有收到的。因为一个块信息占用8字节,所以TCP头部选项中实际上最多可以包含4个这样的不连续数据块(考虑选项类型和长度占用的2字节)。

7、kind=8,时间戳选项。

该选项提供了较为准确的计算通信双方之间的回路时间(Round Trip Time,RTT)的方法,从而为TCP流量控制提供重要信息。我们可以通过修改 /proc/sys/net/ipv4/tcp_timestamps 内核变量来启用或关闭时间戳选项。


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浅析TCP中时间戳选项timestamp