在編寫網(wǎng)絡(luò)程序時(shí)，常使用TCP協(xié)議。那么一個(gè)tcp包到底由哪些東西構(gòu)成的呢？其實(shí)一個(gè)TCP包，首先需要通過IP協(xié)議承載，而IP報(bào)文，又需要通過以太網(wǎng)傳送。下面我們來看看幾種協(xié)議頭的構(gòu)成

一 .Ethernet頭

以太幀分好幾種類型，常見的以太幀為Ethernet II

下面就是一個(gè)典型的Ethernet II幀

Ethernet II類型以太網(wǎng)幀的最小長度為64字節(jié)（6＋6＋2＋46＋4），最大長度為1518字節(jié)（6＋6＋2＋1500＋4）

首先是目的MAC 6個(gè)字節(jié)，然后源MAC6個(gè)字節(jié)，接下來數(shù)據(jù)類型兩個(gè)字節(jié)。

常見的類型如下

IPv4: 0x0800

ARP:0x0806

PPPoE:0x8864

802.1Q tag: 0x8100

IPV6: 0x86DD

MPLS Label:0x8847

然后是數(shù)據(jù)長度，46-1500字節(jié)。對(duì)于不定長的數(shù)據(jù)包，幀最后還有4個(gè)字節(jié)的FCS(Frame check sequence)

下面是一個(gè)以太幀頭示例，該報(bào)文類型為IPv4(0x8000)

二 IP頭部

對(duì)于一個(gè)IPv4類型的以太幀，數(shù)據(jù)的開始就是IP頭部。一般IPv4的頭部是20個(gè)字節(jié)。

版本號(hào)（Version）：4bit。表明IP協(xié)議的版本號(hào)。一般為0100（IPv4），0110（IPv6）

IP包頭長度（Header Length）：4bit。用于描述IP包頭長度，因?yàn)镮P包頭長度是可變的。

這里所指示的長度，是以4個(gè)字節(jié)為一個(gè)單位。例如，一個(gè)IP包頭的長度最長為“1111”，即15*4＝60個(gè)字節(jié)。IP包頭最小長度為20字節(jié)。

服務(wù)類型（Type of Service）：長度8比特。
IP包總長（Total Length）：16bit。 以字節(jié)為單位計(jì)算的IP包的長度 (包括頭部和數(shù)據(jù))，所以IP包最大長度65535字節(jié)。
標(biāo)識(shí)符（Identifier）:16bit。該字段和Flags和Fragment Offest字段聯(lián)合使用，對(duì)較大的上層數(shù)據(jù)包進(jìn)行分段（fragment）操作。路由器將一個(gè)包拆分后，所有拆分開的小包被標(biāo)記相同的值，以便目的端設(shè)備能夠區(qū)分哪個(gè)包屬于被拆分開的包的一部分。

標(biāo)記（Flags）：3bit。第一位是保留位不使用。第二位是DF（Don't Fragment）位，DF位設(shè)為1時(shí)表明路由器不能對(duì)該數(shù)據(jù)包分包。如果一個(gè)數(shù)據(jù)包無法在不分段的情況下發(fā)送，則路由器會(huì)丟棄該數(shù)據(jù)包并返回一個(gè)錯(cuò)誤信息。第三位是MF（More Fragments）位，當(dāng)路由器對(duì)一個(gè)上層數(shù)據(jù)包分段，則路由器會(huì)在除了最后一個(gè)分段的IP包的包頭中將MF位設(shè)為1。

片偏移（Fragment Offset）：13bit。表示該IP包在該組分片包中位置，接收端靠此來組裝還原IP包。

生存時(shí)間（TTL）：8bit。當(dāng)IP包在網(wǎng)絡(luò)上傳送時(shí)，每經(jīng)過一個(gè)路由器，TTL就自動(dòng)減一。值為0時(shí)，則丟棄報(bào)文。防止報(bào)文進(jìn)入環(huán)路

協(xié)議（Protocol）：8bit。標(biāo)識(shí)IP頭后面的報(bào)文協(xié)議類型
以下是比較常用的協(xié)議號(hào)：

1    ICMP

2    IGMP

6    TCP

17    UDP

88    IGRP

89    OSPF

頭校驗(yàn)和（Header Checksum）：16bit。用來做IP頭部的正確性檢測，但不包含數(shù)據(jù)部分。由于路由器會(huì)改變TTL，所以路由器會(huì)為每個(gè)通過的數(shù)據(jù)包重新計(jì)算這個(gè)值。

源和目的地址（Source and Destination Addresses）：這兩個(gè)地段都是32比特。標(biāo)識(shí)了這個(gè)IP包的起源和目標(biāo)地址。要注意除非使用NAT，否則整個(gè)傳輸?shù)倪^程中，這兩個(gè)地址不會(huì)改變。

下圖就是一個(gè)IP頭的內(nèi)容

三 TCP 頭部

 TCP封裝在IP報(bào)文中的時(shí)候，如下圖所示，TCP頭緊接著IP頭(IPV6有擴(kuò)展頭的時(shí)候，則TCP頭在擴(kuò)展頭后面)，不攜帶選項(xiàng)(option)的TCP頭長為20bytes，攜帶選項(xiàng)的TCP頭最長可到60bytes。

源端口(Source Port)：16bit, 表示報(bào)文發(fā)送方的端口號(hào)

目的端口(Destination port): 16bit，表示報(bào)文接收方的端口號(hào)

序列號(hào)（SN）：32bit，標(biāo)識(shí)了TCP報(bào)文中第一個(gè)byte在對(duì)應(yīng)方向的傳輸中對(duì)應(yīng)的字節(jié)序號(hào)。當(dāng)SYN出現(xiàn)，序列碼實(shí)際上是初始序列碼（ISN），而第一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)是ISN 1，單位是byte。比如發(fā)送端發(fā)送的一個(gè)TCP包凈荷(不包含TCP頭)為12byte，SN為5，則發(fā)送端接著發(fā)送的下一個(gè)數(shù)據(jù)包的時(shí)候，SN應(yīng)該設(shè)置為5 12=17。通過系列號(hào)，TCP接收端可以識(shí)別出重復(fù)接收到的TCP包，從而丟棄重復(fù)包，同時(shí)對(duì)于亂序數(shù)據(jù)包也可以依靠系列號(hào)進(jìn)行重排序，進(jìn)而對(duì)高層提供有序的數(shù)據(jù)流。另外SYN標(biāo)志和FIN標(biāo)志在邏輯上也占用一個(gè)byte，當(dāng)SYN標(biāo)志位有效的時(shí)候，該字段也稱為ISN(initial sequence number)，詳細(xì)請(qǐng)參考后續(xù)的TCP連接管理。

應(yīng)答號(hào)(ACK)：32bit，標(biāo)識(shí)了報(bào)文發(fā)送端期望接收的字節(jié)序列。如果設(shè)置了ACK控制位，這個(gè)值表示一個(gè)準(zhǔn)備接收的包的序列碼，注意是準(zhǔn)備接收的包，比如當(dāng)前接收端接收到一個(gè)凈荷為12byte的數(shù)據(jù)包，SN為5，則發(fā)送端可能會(huì)回復(fù)一個(gè)確認(rèn)收到的數(shù)據(jù)包，如果這個(gè)數(shù)據(jù)包之前的數(shù)據(jù)也都已經(jīng)收到了，這個(gè)數(shù)據(jù)包中的ACK Number則設(shè)置為12 5=17，表示17byte之前的數(shù)據(jù)都已經(jīng)收到了。在舉一個(gè)例子，如果在這個(gè)數(shù)據(jù)包之前有個(gè)SN為3，凈荷為2byte的數(shù)據(jù)包丟失，則在接受端接收到這個(gè)SN為5的亂序數(shù)據(jù)包的時(shí)候，協(xié)議要求接收端必須要回復(fù)一個(gè)ACK確認(rèn)包，這個(gè)確認(rèn)包中的Ack Number只能設(shè)置為3。

頭長(Header Length)：4bit，指示TCP頭的長度，即數(shù)據(jù)從何處開始。最大為15，單位是32比特，即4個(gè)字節(jié)，與IP頭中的長度定義相同。

保留(Reserved)：4bit，這些位必須是0。為了將來定義新的用途所保留，其中RFC3540將Reserved字段中的最后一位定義為Nonce標(biāo)志。

標(biāo)志(Code Bits)：8bit

CWR(Congestion Window Reduce)：擁塞窗口減少標(biāo)志被發(fā)送主機(jī)設(shè)置，用來表明它接收到了設(shè)置ECE標(biāo)志的TCP包，發(fā)送端將通過降低發(fā)送窗口的大小來降低發(fā)送速率

ECE(ECN Echo)：ECN響應(yīng)標(biāo)志被用來在TCP3次握手時(shí)表明一個(gè)TCP端是否具備ECN功能，并且表明接收到的TCP包的IP頭部的ECN被設(shè)置為11。更多信息請(qǐng)參考RFC793。

URG(Urgent)：表示緊急(The urgent pointer) 指針是否有效。

ACK(Acknowledgment)：1表示這是一個(gè)確認(rèn)的TCP包， 0則不是確認(rèn)包。

PSH(Push)：該標(biāo)志置位時(shí)，一般是表示發(fā)送端緩存中已經(jīng)沒有待發(fā)送的數(shù)據(jù)，接收端不將該數(shù)據(jù)進(jìn)行隊(duì)列處理，而是盡可能快將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)由應(yīng)用處理。

RST(Reset)：用于復(fù)位相應(yīng)的TCP連接。通常在發(fā)生異常或者錯(cuò)誤的時(shí)候會(huì)觸發(fā)復(fù)位TCP連接。

SYN(Synchronize)：表示同步序列編號(hào)(Synchronize Sequence Numbers)是否有效。該標(biāo)志僅在三次握手建立TCP連接時(shí)有效。它提示TCP連接的服務(wù)端檢查序列編號(hào)，該序列編號(hào)為TCP連接發(fā)起端(一般是客戶端)的初始序列編號(hào)。在這里，可以把TCP序列編號(hào)看作是一個(gè)范圍從0到4，294，967，295的32位計(jì)數(shù)器。通過TCP連接交換的數(shù)據(jù)中每一個(gè)字節(jié)都經(jīng)過序列編號(hào)。在TCP報(bào)頭中的序列編號(hào)欄包括了TCP分段中第一個(gè)字節(jié)的序列編號(hào)。

FIN(Finish)：帶有該標(biāo)志置位的數(shù)據(jù)包用來結(jié)束一個(gè)TCP會(huì)話，但對(duì)應(yīng)端口仍處于開放狀態(tài)，準(zhǔn)備接收后續(xù)數(shù)據(jù)。當(dāng)FIN標(biāo)志有效的時(shí)候我們稱呼這個(gè)包為FIN包。

窗口大小(Window Size)：16bit，表示從Ack Number開始還能接收多少字節(jié)的數(shù)據(jù)量，即當(dāng)前接收端的接收窗口還有多少剩余空間。用于TCP的流量控制。

校驗(yàn)和(Checksum)：16bit。發(fā)送端基于數(shù)據(jù)內(nèi)容計(jì)算一個(gè)數(shù)值，接收端要與發(fā)送端數(shù)值結(jié)果完全一樣，才能證明數(shù)據(jù)的有效性。接收端checksum校驗(yàn)失敗的時(shí)候會(huì)直接丟掉這個(gè)數(shù)據(jù)包。CheckSum是根據(jù)偽頭 TCP頭 TCP數(shù)據(jù)三部分進(jìn)行計(jì)算的。

緊急指針（Urgent  Pointer）：16位，在URG標(biāo)志設(shè)置了時(shí)才有效。與序號(hào)字段的值相加后表示最后一個(gè)緊急數(shù)據(jù)的下一字節(jié)的序號(hào)，可以說這個(gè)字段是緊急指針相對(duì)當(dāng)前序號(hào)的偏移。

選項(xiàng)(Option)：長度不定，但長度必須以是32bits的整數(shù)倍。常見的選項(xiàng)包括MSS、SACK、Timestamp等等，后續(xù)的內(nèi)容會(huì)分別介紹相關(guān)選項(xiàng)。

一個(gè)完整的TCP頭展示