1.OSI7层模型：

应用层、表示层、会话层、运输层、网络层、链路层、物理层

2.TCP/IP四层网络模型

应用层、运输层、网络层、接口层

3.OSI和TCP/IP模型综合

5层模型：应用层、运输层、网络层、链路层、物理层

4.MTU

Maximum Transmission Unit，缩写MTU，中文名是：最大传输单元。MTU是数据链路层的概念。MTU限制的是数据链路层的payload，也就是上层协议的大小，例如IP，ICMP等。

假设把笔记本的MTU最大值设置成了1700，然后发送了一个超大的ip数据包（2000），这时候在以外网传输的时候会被拆成2个包，一个1700，一个300，然后加上头信息进行传输。路由器接收到了一个1700的帧，发现大于自己设置的最大值：1500，如果IP包DF标志位为1，也就是不允许分包，那么路由器直接就把这个包丢弃了，根本就不会到达电信机房，也就到不了服务器了。MTU其实就是在每一个节点的管控值，只要是大于这个值的数据帧，要么选择分片，要么直接丢弃。

1700     1500                1500
笔记本 -> 路由器 -> 电信机房 -> 服务器

4.1 为什么是1500？

其实一个标准的以太网数据帧大小是：1518，头信息有14字节，尾部校验和FCS占了4字节，所以真正留给上层协议传输数据的大小就是：1518 - 14 - 4 = 1500。

假设取一个更大的值

假设MTU值和IP数据包大小一致，一个IP数据包的大小是：65535，那么加上以太网帧头和为，一个以太网帧的大小就是：65535 + 14 + 4 = 65553，看起来似乎很完美，发送方也不需要拆包，接收方也不需要重组。

那么假设我们现在的带宽是：100Mbps，因为以太网帧是传输中的最小可识别单元，再往下就是0101所对应的光信号了，所以我们的一条带宽同时只能发送一个以太网帧。如果同时发送多个，那么对端就无法重组成一个以太网帧了，在100Mbps的带宽中（假设中间没有损耗），我们计算一下发送这一帧需要的时间：

( 65553 * 8 ) / ( 100 * 1024 * 1024 ) ≈ 0.005(s)

在100M网络下传输一帧就需要5ms，也就是说这5ms其他进程发送不了任何数据。如果是早先的电话拨号，网速只有2M的情况下：

( 65553 * 8 ) / ( 2 * 1024 * 1024 ) ≈ 0.100(s)

既然大了不行，那设置小一点可以么？

假设MTU值设置为100，那么单个帧传输的时间，在2Mbps带宽下需要：

( 100 * 8 ) / ( 2 * 1024 * 1024 ) * 1000 ≈ 5(ms)

时间上已经能接受了，问题在于，不管MTU设置为多少，以太网头帧尾大小是固定的，都是14 + 4，所以在MTU为100的时候，一个以太网帧的传输效率为：

( 100 - 14 - 4 ) / 100 = 82%

写成公式就是：( T - 14 - 4 ) / T，当T趋于无穷大的时候，效率接近100%，也就是MTU的值越大，传输效率最高，但是基于上一点传输时间的问题，来个折中的选择吧，既然头加尾是18，那就凑个整来个1500，总大小就是1518，传输效率：1500 / 1518 =  98.8%。

100Mbps传输时间：( 1518 * 8 ) / ( 100 * 1024 * 1024 ) * 1000 = 0.11(ms)

2Mbps传输时间：( 1518 * 8 ) / ( 2 * 1024 * 1024 ) * 1000 = 5.79(ms)

结论

1518这个值是考虑到传输效率以及传输时间而折中选择的一个值，并且由于目前网络链路中的节点太多，其中某个节点的MTU值如果和别的节点不一样，就很容易带来拆包重组的问题，甚至会导致无法发送。

https://blog.csdn.net/passionkk/article/details/100538418

5.MAC地址

5.1 简介

MAC地址（英语：Media Access Control Address），直译为媒体存取控制位址，也称为局域网地址（LAN Address），MAC位址，以太网地址（Ethernet Address）或物理地址（Physical Address），它是一个用来确认网络设备位置的位址。在OSI模型中，第三层网络层负责IP地址，第二层数据链路层则负责MAC位址  。MAC地址用于在网络中唯一标示一个网卡，一台设备若有一或多个网卡，则每个网卡都需要并会有一个唯一的MAC地址 。MAC地址也叫物理地址、硬件地址，由网络设备制造商生产时烧录在网卡(Network lnterface Card)的EPROM(一种闪存芯片，通常可以通过程序擦写)。IP地址与MAC地址在计算机里都是以二进制表示的，IP地址是32位的，而MAC地址则是48位的 。MAC地址的长度为48位(6个字节)，通常表示为12个16进制数，如：00-16-EA-AE-3C-40就是一个MAC地址，其中前3个字节，16进制数00-16-EA代表网络硬件制造商的编号，它由IEEE(电气与电子工程师协会)分配，而后3个字节，16进制数AE-3C-40代表该制造商所制造的某个网络产品(如网卡)的系列号。只要不更改自己的MAC地址，MAC地址在世界是唯一的。形象地说，MAC地址就如同身份证上的身份证号码，具有唯一性  。

5.2 工作过程

数据包传送的关键是将目标节点的IP地址映射到中间节点的MAC地址。IP地址与MAC地址的映射要通过ARP地址解析协议来完成，它可将网络中的IP地址映射到主机的MAC地址，如交换机可以根据网络中的IP地址来找到本地主机的MAC地址。具体过程是：当交换机接收到来自网上一个数据包时，会根据该数据包的目标IP地址，查看交换机内部是否有跟该IP地址对应的MAC地址 ，如果有上次保留下来的对应的MAC地址，就会将该数据包 转发到对应MAC地址的主机上去。如果在交换机内部没有与目标)地址对应的MAC地址，则交换机会根据ARP协议将目标IP地址按照“表”中的对应关系映射成MAC地址 ，数据包就被转送到对应的MAC地址的主机上 。所以数据包的传送过程就是：不断地将目标节点的地址映射到一个个中间节点的MAC地址，再从一个个中间节点出发，直到找到最终的目标节点  。

5.3 作用

IP 地址是基于逻辑的，比较灵活，不受硬件的限制，也容易记忆。而 MAC地址在一定程度上与硬件一致，是基于物理的，能够标识具体的网络节点。

大多数接入Internet的方式是把主机通过局域网组织在一起，然后再通过交换机或路由器等设备和 Internet 相连接。这样一来就出现了如何区分具体用户，防止 IP地址被盗用的问题。由于IP地址只是逻辑上的标识，任何人都能随意修改，因此不能用来具体标识一个用户。而 MAC地址则不然，它是固化在网卡里面的。从理论上讲，除非盗来硬件即网卡，否则一般是不能被冒名顶替的。基于 MAC 地址的这种特点，因此局域网采用了用MAC地址来标识具体用户的方法  。

在具体的通信过程中，通过交换机内部的交换表把 MAC地址和 IP 地址一一对应。当有发送给本地局域网内一台主机的数据包时，交换机首先将数据包接收下来，然后把数据包中的 IP 地址按照交换表中的对应关系映射成 MAC地址，然后将数据包转发到对应的 MAC地址的主机上去。这样一来，即使某台主机盗用了这个 IP 地址，但由于此主机没有对应的 MAC地址，因此也不能收到数据包，发送过程和接收过程类似 。

数据包在这些节点之间的传递都是由 ARP（Address Resolution Protocol：地址解析协议）负责将IP地址映射到 MAC地址上来完成的。

IP地址与MAC地址绑定，就如同在日常生活中一个人与身份证的关系。因为，IP地址可以随意的，但MAC地址是唯一说明IP地址身份的。例如，为防止IP地址被盗用，通常交换机的端口绑定（端口的MAC表使用静态表项），可以在每个交换机端口只连接一台主机的情况下防止修改MAC地址的盗用，如果是三层设备还可以提供交换机端口、IP地址和MAC地址三者的绑定。

5.4 与IP地址区别

IP地址和MAC地址相同点是它们都唯一，不同的特点主要有：

1. IP可改，MAC一般无法改动。对于网络上的某一设备，如一台计算机或一台路由器，其IP地址是基于网络拓扑设计出的，同一台设备或计算机上，改动IP地址是很容易的（但必须唯一），而MAC则是生产厂商烧录好的，一般不能改动。我们可以根据需要给一台主机指定任意的IP地址。而任一网络设备（如网卡，路由器）一旦生产出来以后，其MAC地址不可由本地连接内的配置进行修改。如果一个计算机的网卡坏了，在更换网卡之后，该计算机的MAC地址就变了 。

2. 长度不同。IP地址为32位，MAC地址为48位 。

3. 分配依据不同。IP地址的分配是基于网络拓扑，MAC地址的分配是基于制造商。

4. 寻址协议层不同。IP地址应用于OSI第三层，即网络层，而MAC地址应用在OSI第二层，即数据链路层。 数据链路层协议可以使数据从一个节点传递到相同链路的另一个节点上（通过MAC地址），而网络层协议使数据可以从一个网络传递到另一个网络上（ARP根据目的IP地址，找到中间节点的MAC地址，通过中间节点传送，从而最终到达目的网络）

6.子网掩码

RFC 950定义了子网掩码的使用，子网掩码是一个32位的2进制数，其对应网络地址的所有位置都为1，对应于主机地址的所有位置都为0。A类网络的默认子网掩码是255.0.0.0，B类网络的默认子网掩码是255.255.0.0，C类网络的默认子网掩码是255.255.255.0。将子网掩码和IP地址按位进行逻辑“与”运算，得到IP地址的网络地址，剩下的部分就是主机地址，从而区分出任意IP地址中的网络地址和主机地址。

6.1 设置

子网划分是通过借用IP地址的若干位主机位来充当子网地址从而将原网络划分为若干子网而实现的。划分子网时，随着子网地址借用主机位数的增多，子网的数目随之增加，而每个子网中的可用主机数逐渐减少。以C类网络为例，原有8位主机位，2的8次方即256个主机地址，默认子网掩码255.255.255.0。借用1位主机位，产生2个子网，每个子网有126个主机地址；借用2位主机位，产生4个子网，每个子网有62个主机地址……每个子网中，第一个IP地址（即主机部分全部为0的IP）和最后一个IP（即主机部分全部为1的IP）不能分配给主机使用，所以每个子网的可用IP地址数为总IP地址数量减2；根据子网ID借用的主机位数，我们可以计算出划分的子网数、掩码、每个子网主机数，列表如下：

① 划分子网数 ② 子网位数 ③子网掩码（二进制） ④ 子网掩码（十进制） ⑤ 每个子网主机数

① 1～2 ② 1 ③ 11111111.11111111.11111111.10000000 ④ 255.255.255.128 ⑤ 126

① 3～4 ② 2 ③ 11111111.11111111.11111111.11000000 ④ 255.255.255.192 ⑤ 62

① 5～8 ② 3 ③ 11111111.11111111.11111111.11100000 ④ 255.255.255.224 ⑤ 30

① 9～16 ② 4 ③ 11111111.11111111.11111111.11110000 ④ 255.255.255.240 ⑤ 14

① 17～32 ② 5 ③ 11111111.11111111.11111111.11111000 ④ 255.255.255.248 ⑤ 6

① 33～64 ② 6 ③ 11111111.11111111.11111111.11111100 ④ 255.255.255.252 ⑤ 2

如上表所示的C类网络中，若子网占用7位主机位时，主机位只剩一位，无论设为0还是1，都意味着主机位是全0或全1。由于主机位全0表示本网络，全1留作广播地址，这时子网实际没有可用主机地址，所以主机位至少应保留2位。

6.2 计算步骤

1、确定要划分的子网数

2、求出子网数目对应二进制数的位数N及主机数目对应二进制数的位数M。

3、对该IP地址的原子网掩码，将其主机地址部分的前N位置取1或后M位置取0 即得出该IP地址划分子网后的子网掩码。

例如，对B类网络135.41.0.0/16需要划分为20个能容纳200台主机的网络（即：子网）。因为16<20<32，即：2的4次方<20<2的5次方，所以，子网位只须占用5位主机位就可划分成32个子网，可以满足划分成20个子网的要求。B类网络的默认子网掩码是255.255.0.0，转换为二进制为11111111.11111111.00000000.00000000。现在子网又占用了5位主机位，根据子网掩码的定义，划分子网后的子网掩码应该为11111111.11111111.11111000.00000000，转换为十进制应该为255.255.248.0。我们再来看一看每个子网的主机数。子网中可用主机位还有11位，2的11次方=2048，去掉主机位全0和全1的情况，还有2046个主机ID可以分配，而子网能容纳200台主机就能满足需求，按照上述方式划分子网，每个子网能容纳的主机数目远大于需求的主机数目，造成了IP地址资源的浪费。为了更有效地利用资源，我们也可以根据子网所需主机数来划分子网。还以上例来说，128<200<256，即2^7<200<2^8，也就是说，在B类网络的16位主机位中，保留8位主机位，其它的16－8=8位当成子网位，可以将B类网络135. 41.0.0划分成256（2^8）个能容纳256－1－1=254台（去掉全0全1情况）主机的子网。此时的子网掩码为11111111.11111111.11111111.00000000，转换为十进制为255.255.255.0。

在上例中，我们分别根据子网数和主机数划分了子网，得到了两种不同的结果，都能满足要求，实际上，子网占用5~8位主机位时所得到的子网都能满足上述要求。一般来说，一个网络中的节点数太多，网络会因为广播通信而饱和，所以，网络中的主机数量的增长是有限的，也就是说，在条件允许的情况下，会将更多的主机位用于子网位。子网划分是借助于取走主机位，把这个取走的部分作为子网位。因此这个意味划分越多的子网，每个子网容纳的主机将越少。

Classless Inter-Domain Routing(CIDR)。CIDR叫做无分类域间路由,ISP常用这样的方法给客户分配地址，ISP提供给客户1个块（block size），类似这样：192.168.10.32/28，这排数字告诉你你的子网掩码是多少，/28代表多少位为1，最大/32.但是你必须知道的1点是：不管是A类还是B类还是其他类地址，最大可用的只能为30/，即保留2位给主机位

6.3 划分捷径

1.子网掩码将会产生多少个子网：2的x次方-2(x代表网络位借用主机的位数，即2进制为1的部分，网络中，已经不需要-2，已经可以全部使用，不过需要加上相应的配置命令，例如CISCO路由器需要加上ip subnet zero命令就可以全部使用了。）

2.每个子网能有多少主机：2的y次方-2(y代表主机位，即2进制为0的部分）

3.有效子网是：有效子网号=256-10进制的子网掩码（结果叫做block size或base number)

4.每个子网的广播地址是：广播地址=下个子网号-1

5.每个子网的有效主机分别是：忽略子网内全为0和全为1的地址剩下的就是有效主机地址.最后1个有效主机地址=下个子网号-2（即广播地址-1）

6.4 具体实例

C类地址例子：网络地址192.168.10.0;子网掩码255.255.255.192(/26）

1.子网数=2*2=4(ip subnet zero命令启用）

2.主机数=2的6次方-2=62

3.有效子网:block size=256-192=64；所以第一个子网为192.168.10.0，第二个为192.168.10.64，第三个为192.168.10.128，第四个为192.168.10.192。

4.广播地址：下个子网-1.所以第一和第二个子网的广播地址分别是192.168.10.63和192.168.10.127

5.有效主机范围是：第一个子网的主机地址是192.168.10.1到192.168.10.62；第二个是192.168.10.65到192.168.10.126

B类地址例子1:网络地址:172.16.0.0;子网掩码255.255.192.0(/18）

1.子网数=2*2=4(ip subnet zero命令启用）

2.主机数=2的14次方-2=16382

3.有效子网：block size=256-192=64；所以第一个子网为172.16.0.0，第二个子网为172.16.64.0，第三个子网为172.16.128.0，最后1个为172.16.192.0

4.广播地址：下个子网-1.所以前2个子网的广播地址分别是172.16.63.255和172.16.127.255。

5.有效主机范围是：第一个子网的主机地址是172.16.0.1到172.16.63.254；第二个是172.16.64.1到172.16.127.254

B类地址例子2:网络地址:172.16.0.0;子网掩码255.255.255.224(/27）

1.子网数=2的11次方=2048（因为B类地址默认掩码是255.255.0.0，所以网络位为8+3=11）（ip subnet zero命令启用）

2.主机数=2的5次方-2=30

3.有效子网:block size=256-224=32；所以第一个子网为172.16.0.0，最后1个为172.16.255.224

4.广播地址：下个子网-1.所以第一个子网和最后1个子网的广播地址分别是172.16.0.31和172.16.255.255

5.有效主机范围是：第一个子网的主机地址是172.16.0.1到172.16.0.30；最后1个是172.16.255.225到172.16.255.254　Variable Length Subnet Masks(VLSM)

7.ICMP协议

ICMP（Internet Control Message Protocol）Internet控制报文协议。它是TCP/IP协议簇的一个子协议，用于在IP主机、路由器之间传递控制消息。控制消息是指网络通不通、主机是否可达、路由是否可用等网络本身的消息。ICMP协议是一种面向无连接的协议，用于传输出错报告控制信息。它对于网络安全具有极其重要的意义，它属于网络层协议，主要用于在主机与路由器之间传递控制信息，包括报告错误、交换受限控制和状态信息等。当遇到IP数据无法访问目标、IP路由器无法按当前的传输速率转发数据包等情况时，会自动发送ICMP消息。

ICMP 是 TCP/IP 模型中网络层的重要成员，与 IP 协议、ARP 协议、RARP 协议及 IGMP 协议共同构成 TCP/IP 模型中的网络层。ping 和 tracert是两个常用网络管理命令，ping 用来测试网络可达性，tracert 用来显示到达目的主机的路径。ping和 tracert 都利用 ICMP 协议来实现网络功能。

从技术角度来说，ICMP就是一个“错误侦测与回报机制”，其目的就是让我们能够检测网路的连线状况﹐也能确保连线的准确性。当路由器在处理一个数据包的过程中发生了意外，可以通过ICMP向数据包的源端报告有关事件。功能主要有：侦测远端主机是否存在，建立及维护路由资料，重导资料传送路径（ICMP重定向），资料流量控制。ICMP在沟通之中，主要是透过不同的类别(Type)与代码(Code) 让机器来识别不同的连线状况。ICMP 是个非常有用的协议﹐尤其是当我们要对网路连接状况进行判断的时候。

7.1 报文格式

ICMP报文包含在IP数据报中，属于IP的一个用户，IP头部就在ICMP报文的前面，所以一个ICMP报文包括IP头部、ICMP头部和ICMP报文，IP头部的Protocol值为1就说明这是一个ICMP报文，ICMP头部中的类型（Type）域用于说明ICMP报文的作用及格式，此外还有一个代码（Code）域用于详细说明某种ICMP报文的类型，所有数据都在ICMP头部后面。

7.2  应用

我们日常使用最多的ping，就是响应请求（Type=8）和应答（Type=0），一台主机向一个节点发送一个Type=8的ICMP报文，如果途中没有异常（例如被路由器丢弃、目标不回应ICMP或传输失败），则目标返回Type=0的ICMP报文，说明这台主机存在，更详细的tracert通过计算ICMP报文通过的节点来确定主机与目标之间的网络距离。

8.TCP与UDP的区别及应用场景

8.1 UDP

UDP协议全称是用户数据报协议，在网络中它与TCP协议一样用于处理数据包，是一种无连接的协议。UDP有不提供数据包分组、组装和不能对数据包进行排序的缺点，也就是说，当报文发送之后，是无法得知其是否安全完整到达的。

1. 面向无连接

首先 UDP 是不需要和 TCP一样在发送数据前进行三次握手建立连接的，想发数据就可以开始发送了。并且也只是数据报文的搬运工，不会对数据报文进行任何拆分和拼接操作。

• 在发送端，应用层将数据传递给传输层的 UDP 协议，UDP 只会给数据增加一个 UDP 头标识下是 UDP 协议，然后就传递给网络层了
• 在接收端，网络层将数据传递给传输层，UDP 只去除 IP 报文头就传递给应用层，不会任何拼接操作

2. 有单播，多播，广播的功能

UDP 不止支持一对一的传输方式，同样支持一对多，多对多，多对一的方式，也就是说 UDP 提供了单播，多播，广播的功能。

3. UDP是面向报文的

发送方的UDP对应用程序交下来的报文，在添加首部后就向下交付IP层。UDP对应用层交下来的报文，既不合并，也不拆分，而是保留这些报文的边界。因此，应用程序必须选择合适大小的报文。

4. 不可靠性

首先不可靠性体现在无连接上，不需要建立连接，想发就发，这样的情况肯定不可靠。并且收到什么数据就传递什么数据，并且也不会备份数据，发送数据也不会关心对方是否已经正确接收到数据了。再者网络环境时好时坏，但是 UDP 因为没有拥塞控制，一直会以恒定的速度发送数据。即使网络条件不好，也不会对发送速率进行调整。这样实现的弊端就是在网络条件不好的情况下可能会导致丢包，但是优点也很明显，在某些实时性要求高的场景（比如电话会议）就需要使用 UDP 而不是 TCP。

5. 头部开销小，传输数据报文时是很高效的

UDP 头部包含了以下几个数据：

• 两个十六位的端口号，分别为源端口（可选字段）和目标端口
• 整个数据报文的长度
• 整个数据报文的检验和（IPv4 可选 字段），该字段用于发现头部信息和数据中的错误

因此 UDP 的头部开销小，只有八字节，相比 TCP 的至少二十字节要少得多，在传输数据报文时是很高效的。

8.2 TCP

TCP协议全称是传输控制协议是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议，由 IETF 的RFC 793定义。TCP 是面向连接的、可靠的流协议。

8.2.1 连接过程

第一次握手

客户端向服务端发送连接请求报文段。该报文段中包含自身的数据通讯初始序号。请求发送后，客户端便进入 SYN-SENT 状态。

第二次握手

服务端收到连接请求报文段后，如果同意连接，则会发送一个应答，该应答中也会包含自身的数据通讯初始序号，发送完成后便进入 SYN-RECEIVED 状态。

第三次握手

当客户端收到连接同意的应答后，还要向服务端发送一个确认报文。客户端发完这个报文段后便进入 ESTABLISHED 状态，服务端收到这个应答后也进入 ESTABLISHED 状态，此时连接建立成功。

8.2.2 断开连接

TCP 是全双工的，在断开连接时两端都需要发送 FIN 和 ACK。

第一次握手

若客户端 A 认为数据发送完成，则它需要向服务端 B 发送连接释放请求。

第二次握手

B 收到连接释放请求后，会告诉应用层要释放 TCP 链接。然后会发送 ACK 包，并进入 CLOSE_WAIT 状态，此时表明 A 到 B 的连接已经释放，不再接收 A 发的数据了。但是因为 TCP 连接是双向的，所以 B 仍旧可以发送数据给 A。

第三次握手

B 如果此时还有没发完的数据会继续发送，完毕后会向 A 发送连接释放请求，然后 B 便进入 LAST-ACK 状态。

第四次握手

A 收到释放请求后，向 B 发送确认应答，此时 A 进入 TIME-WAIT 状态。该状态会持续 2MSL（最大段生存期，指报文段在网络中生存的时间，超时会被抛弃） 时间，若该时间段内没有 B 的重发请求的话，就进入 CLOSED 状态。当 B 收到确认应答后，也便进入 CLOSED 状态。

8.2.3 TCP协议的特点

• 面向连接：面向连接，是指发送数据之前必须在两端建立连接。建立连接的方法是“三次握手”，这样能建立可靠的连接。建立连接，是为数据的可靠传输打下了基础。

• 仅支持单播传输：每条TCP传输连接只能有两个端点，只能进行点对点的数据传输，不支持多播和广播传输方式。

• 面向字节流：TCP不像UDP一样那样一个个报文独立地传输，而是在不保留报文边界的情况下以字节流方式进行传输。

• 可靠传输：对于可靠传输，判断丢包，误码靠的是TCP的段编号以及确认号。TCP为了保证报文传输的可靠，就给每个包一个序号，同时序号也保证了传送到接收端实体的包的按序接收。然后接收端实体对已成功收到的字节发回一个相应的确认(ACK)；如果发送端实体在合理的往返时延(RTT)内未收到确认，那么对应的数据（假设丢失了）将会被重传。

• 提供拥塞控制：当网络出现拥塞的时候，TCP能够减小向网络注入数据的速率和数量，缓解拥塞

• TCP提供全双工通信：TCP允许通信双方的应用程序在任何时候都能发送数据，因为TCP连接的两端都设有缓存，用来临时存放双向通信的数据。当然，TCP可以立即发送一个数据段，也可以缓存一段时间以便一次发送更多的数据段（最大的数据段大小取决于MSS）
• 

 9. TCP首部报文格式

1字节等于8位，UDP首部8字节。 TCP报文段首部的前20个字节是固定的，后面有4n字节是根据需要而增加的选项（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意义如下：

1） 源端口和目的端口：各占2个字节，分别写入源端口和目的端口。

2） 序号 ：占4字节。序号范围是【0，2^32 - 1】，共2^32（即4294967296）个序号。序号增加到2^32-1后，下一个序号就又回到0。也就是说，序号使用mod 2^32运算。TCP是面向字节流的。在一个TCP连接中传送的字节流中的每一个字节都按顺序编号。整个要传送的字节流的起始序号必须在连接建立时设置。首部中的序号字段值则是指的是本报文段所发送的数据的第一个字节的序号。例如，一报文段的序号是301，而接待的数据共有100字节。这就表明：本报文段的数据的第一个字节的序号是301，最后一个字节的序号是400。显然，下一个报文段（如果还有的话）的数据序号应当从401开始，即下一个报文段的序号字段值应为401。这个字段的序号也叫“报文段序号”。

3） 确认号：占4字节，是期望收到对方下一个报文段的第一个数据字节的序号。例如，B正确收到了A发送过来的一个报文段，其序号字段值是501，而数据长度是200字节（序号501~700），这表明B正确收到了A发送的到序号700为止的数据。因此，B期望收到A的下一个数据序号是701，于是B在发送给A的确认报文段中把确认号置为701。注意，现在确认号不是501，也不是700，而是701。

       总之：若确认号为= N，则表明：到序号N-1为止的所有数据都已正确收到。

4） 数据偏移：占4位，它指出TCP报文段的数据起始处距离TCP报文段的起始处有多远。这个字段实际上是指出TCP报文段的首部长度。由于首部中还有长度不确定的选项字段，因此数据偏移字段是必要的，但应注意，“数据偏移”的单位是32位字（即以4字节的字为计算单位）。由于4位二进制数能表示的最大十进制数字是15，因此数据偏移的最大值是60字节，这也是TCP首部的最大字节（即选项长度不能超过40字节）。

5） 保留：占6位，保留为今后使用，但目前应置为0 。

下面有6个控制位，用来说明本报文段的性质。

6） 紧急URG（URGent）:当URG=1时，表明紧急指针字段有效。它告诉系统此报文段中有紧急数据，应尽快发送（相当于高优先级的数据）。例如，已经发送了很长的一个程序要在远地的主机上运行。但后来发现了一些问题，需要取消该程序的运行，因此用户从键盘发出中断命令。如果不使用紧急数据，那么这两个字符将存储在接收TCP的缓存末尾。只有在所有的数据被处理完毕后这两个字符才被交付接收方的应用进程。这样做就浪费了很多时间。

       当URG置为1时，发送应用进程就告诉发送方的TCP有紧急数据要传送。于是发送方TCP就把紧急数据插入到本报文段数据的最前面，而在紧急数据后面的数据仍然是普通数据。这时要与首部中紧急指针（Urgent Pointer）字段配合使用。

7） 确认ACK（ACKnowledgment）:仅当ACK = 1时确认号字段才有效，当ACK = 0时确认号无效。TCP规定，在连接建立后所有的传送的报文段都必须把ACK置为1。

8） 推送 PSH（PuSH）:当两个应用进程进行交互式的通信时，有时在一端的应用进程希望在键入一个命令后立即就能收到对方的响应。在这种情况下，TCP就可以使用推送（push）操作。这时，发送方TCP把PSH置为1，并立即创建一个报文段发送出去。接收方TCP收到PSH=1的报文段，就尽快地（即“推送”向前）交付接收应用进程。而不用再等到整个缓存都填满了后再向上交付。

9） 复位RST（ReSeT） :当RST=1时，表名TCP连接中出现了严重错误（如由于主机崩溃或其他原因），必须释放连接，然后再重新建立传输连接。RST置为1还用来拒绝一个非法的报文段或拒绝打开一个连接。

10） 同步SYN（SYNchronization） :在连接建立时用来同步序号。当SYN=1而ACK=0时，表明这是一个连接请求报文段。对方若同意建立连接，则应在响应的报文段中使SYN=1和ACK=1，因此SYN置为1就表示这是一个连接请求或连接接受报文。

11） 终止FIN（FINis）: 用来释放一个连接。当FIN=1时，表明此报文段的发送发的数据已发送完毕，并要求释放运输连接。

12） 窗口 :占2字节。窗口值是【0，2^16-1】之间的整数。窗口指的是发送本报文段的一方的接受窗口（而不是自己的发送窗口）。窗口值告诉对方：从本报文段首部中的确认号算起，接收方目前允许对方发送的数据量（以字节为单位）。之所以要有这个限制，是因为接收方的数据缓存空间是有限的。总之，窗口值作为接收方让发送方设置其发送窗口的依据。

      例如，发送了一个报文段，其确认号是701，窗口字段是1000.这就是告诉对方：“从701算起，我（即发送方报文段的一方）的接收缓存空间还可接受1000个字节数据（字节序号是701~1700），你在给我发数据时，必须考虑到这一点。”

      总之：窗口字段明确指出了现在允许对方发送的数据量。窗口值经常在动态变化。

13） 检验和: 占2字节。检验和字段检验的范围包括首部和数据这两部分。和UDP用户数据报一样，在计算检验和时，要在TCP报文段的前面加上12字节的伪首部。伪首部的格式和UDP用户数据报的伪首部一样。但应把伪首部第4个字段中的17改为6（TCP的协议号是6）；把第5字段中的UDP中的长度改为TCP长度。接收方收到此报文段后，仍要加上这个伪首部来计算检验和。若使用TPv6,则相应的伪首部也要改变。

14） 紧急指针 :占2字节。紧急指针仅在URG=1时才有意义，它指出本报文段中的紧急数据的字节数（紧急数据结束后就是普通数据） 。在紧急指针指出了紧急数据的末尾在报文段中的位置。当所有紧急数据都处理完时，TCP就告诉应用程序恢复到正常操作。值得注意的是，即使窗口为0时也可以发送紧急数据。

15） 选项 : 长度可变，最长可达4字节。当没有使用“选项”时，TCP的首部长度是20字节。

       TCP最初只规定了一种选项，即最大报文段长度MSS（Maximum Segment Szie）。注意MSS这个名词含义。MSS是每一个TCP报文段中的数据字段的最大长度。数据字段加上TCP首部才等于整个的TCP报文段。所以MSS并不是整个TCP报文段的最大长度，而是“TCP报文段长度减去TCP首部长度”。

实际上，MSS与接收窗口值没有关系。我们知道，TCP报文段的数据部分，至少要加上40字节的首部（TCP首部20字节和IP首部20字节，还没有考虑首部中的可选部分）才能组装成一个IP数据报。若选择较小的MSS长度，网络的利用率就降低。设想在极端情况下，当TCP报文段只含有1字节的数据时，在IP层传输的数据报的开销至少有40字节（包括TCP报文段的首部和IP数据报的首部）。这样，对网络的利用率就不会超过1/41。到了数据链路层还要加上一些开销。但反过来，若TCP报文段非常长，那么在IP层传输时就有可能要分解成多个短数据报片。在终点要把收到的各个短数据报片组成成原来的TCP报文段，当传输出错时还要进行重传，这些也都会使开销增大。若主机未填写这一项，则MSS的默认值是536字节长。因此，所有在互联网上的主机都应该接受的报文段长度是536+20（固定首部长度）=556字节。

TCP报文段的首部格式_金所炫我女朋友的博客-CSDN博客_tcp首部

10. TCP中的滑动窗口机制

10.1 固定窗口的问题：

发送方每发送一个数据接收方就要给发送方一个ACK对这个数据进行确认。只有接收了这个确认数据以后发送方才能传输下个数据。

如果窗口过小，当传输比较大的数据的时候需要不停的对数据进行确认，这个时候就会造成很大的延迟。

如果窗口过大，我们假设发送方一次发送100个数据，但接收方只能处理50个数据，这样每次都只对这50个数据进行确认。发送方下一次还是发送100个数据，但接受方还是只能处理50个数据。这样就避免了不必要的数据来拥塞我们的链路。

10.2 滑动窗口（以字节为单位）

滑动窗口通俗来讲就是一种流量控制技术。它本质上是描述接收方的TCP数据报缓冲区大小的数据，发送方根据这个数据来计算自己最多能发送多长的数据，如果发送方收到接收方的窗口大小为0的TCP数据报，那么发送方将停止发送数据，等到接收方发送窗口大小不为0的数据报的到来。

10.3 死锁状态

当接收端向发送端发送零窗口报文段后不久，接收端的接收缓存又有了一些存储空间，于是接收端向发送端发送了Windows size = 2的报文段，然而这个报文段在传输过程中丢失了。发送端一直等待收到接收端发送的非零窗口的通知，而接收端一直等待发送端发送数据，这样就死锁了。

TCP为每个连接设有一个持续计时器。只要TCP连接的一方收到对方的零窗口通知，就启动持续计时器，若持续计时器设置的时间到期，就发送一个零窗口探测报文段（仅携带1字节的数据），而对方就在确认这个探测报文段时给出了现在的窗口值。