TCP头结构详解

TCP头结构
TCP协议头最少20个字节,包括以下的区域(由于翻译不禁相同,文章中给出相应的英文单词):
TCP源端口(Source Port):16位的源端口其中包含初始化通信的端口。源端口和源IP地址的作用是标示报问的返回地址。
TCP目的端口(Destination port):16位的目的端口域定义传输的目的。这个端口指明报文接收计算机上的应用程序地址接口。
TCP序列号(序列码,Sequence Number):32位的序列号由接收端计算机使用,重新分段的报文成最初形式。当SYN出现,序列码实际上是初始序列码(ISN),而第一个数据字节是ISN+1。这个序列号(序列码)是可以补偿传输中的不一致。
TCP应答号(Acknowledgment Number):32位的序列号由接收端计算机使用,重组分段的报文成最初形式。,如果设置了ACK控制位,这个值表示一个准备接收的包的序列码。
数据偏移量(HLEN):4位包括TCP头大小,指示何处数据开始。
保留(Reserved):6位值域,这些位必须是0。为了将来定义新的用途所保留。
标志(Code Bits):6位标志域。表示为:紧急标志、有意义的应答标志、推、重置连接标志、同步序列号标志、完成发送数据标志。按照顺序排列是:URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN。
窗口(Window):16位,用来表示想收到的每个TCP数据段的大小。
校验位(Checksum):16位TCP头。源机器基于数据内容计算一个数值,收信息机要与源机器数值 结果完全一样,从而证明数据的有效性。
优先指针(紧急,Urgent   Pointer):16位,指向后面是优先数据的字节,在URG标志设置了时才有效。如果URG标志没有被设置,紧急域作为填充。加快处理标示为紧急的数据段。
选项(Option):长度不定,但长度必须以字节。如果 没有 选项就表示这个一字节的域等于0。
填充:不定长,填充的内容必须为0,它是为了数学目的而存在。目的是确保空间的可预测性。保证包头的结合和数据的开始处偏移量能够被32整除,一般额外的零以保证TCP头是32位的整数倍。
<附图是用SNIFFER抓的一个包头结构>

00 50 07 45 9b d6 43 3c 47 fd 37 50 50 18
ff 1f 05 a5 00 00 48 54 54 50 2f 31 2e 31
20 32 30 30 20 4f 4b 0d 0a 53 65 72 76 65
72 3a 20 4d 69 63 72 6f 73 6f 66 74 2d 49
49 53 2f 35 2e 30 0d 0a 44 61 74 65 3a 20
57 65 64 2c 20 31 32 20 4e 6f 76 20 32 30
30 33 20 30 33 3a 33 37 3a 35 35 20 47 4d
54 0d 0a 43 6f 6e 6e 65 63 74 69 6f 6e 3a
20 63 6c 6f 73 65 0d 0a 48 54 54 50 2f 31
2e 31 20 32 30 30 20 4f 4b 0d 0a 53 65 72
76 65 72 3a 20 4d 69 63 72 6f 73 6f 66 74
2d 49 49 53 2f 35 2e 30 0d 0a 50 72 61 67
6d 61 3a 20 6e 6f 2d 63 61 63 68 65 0d 0a
43 6f 6e 74 65 6e 74 2d 74 79 70 65 3a 20
74 65 78 74 2f 70 6c 61 69 6e 3b 63 68 61
72 73 65 74 3d 67 62 32 33 31 32 0d 0a 0d
0a

解析:
源端口:00 50    目的端口:07 45  序列号:9b d6 43 3c
应答号:47 fd 37 50    数据偏移量:50   保留:
标志位:18       窗口:ff 1f          校验位:05 a5
优先指针:00 00    选项:       填充:(余下的205字节为TCP数据)

   标志控制功能 URG:紧急标志
   紧急(The urgent pointer) 标志有效。紧急标志置位,
ACK:确认标志 确认编号(Acknowledgement   Number)栏有效。大多数情况下该标志位是置位的。TCP报头内的确认编号栏内包含的确认编号(w+1,Figure:1)为下一个预期的序列编号,同时提示远端系统已经成功接收所有数据。
  PSH:推标志
   该标志置位时,接收端不将该数据进行队列处理,而是尽可能快将数据转由应用处理。在处理 telnet 或 rlogin 等交互模式的连接时,该标志总是置位的。
RST:复位标志 复位标志有效。用于复位相应的TCP连接。
SYN:同步标志 同步序列编号(Synchronize Sequence Numbers)栏有效。该标志仅在三次握手建立TCP连接时有效。它提示TCP连接的服务端检查序列编号,该序列编号为TCP连接初始端(一般是客户端)的初始序列编号。在这里,可以把TCP序列编号看作是一个范围从0到4,294,967,295的32位计数器。通过TCP连接交换的数据中每一个字节都经过序列编号。在TCP报头中的序列编号栏包括了TCP分段中第一个字节的序列编号。
  FIN:结束标志
     带有该标志置位的数据包用来结束一个TCP回话,但对应端口仍处于开放状态,准备接收后续数据。服务端处于监听状态,客户端用于建立连接请求的数据包(IP packet)按照TCP/IP协议堆栈组合成为TCP处理的分段(segment)。
分析报头信息: TCP层接收到相应的TCP和IP报头,将这些信息存储到内存中。
检查TCP校验和(checksum):标准的校验和位于分段之中(Figure:2)。如果检验失败,不返回确认,该分段丢弃,并等待客户端进行重传。
  查找协议控制块(PCB{}):TCP查找与该连接相关联的协议控制块。如果没有找到,TCP将该分段丢弃并返回RST。(这就是TCP处理没有端口监听情况下的机制)
   如果该协议控制块存在,但状态为关闭,服务端不调用connect()或listen()。该分段丢弃,但不返回RST。客户端会尝试重新建立连接请求。
  建立新的socket:当处于监听状态的socket收到该分段时,会建立一个子socket,同时还有socket{},tcpcb{}和pub{}建立。这时如果有错误发生,会通过标志位来拆除相应的socket和释放内存,TCP连接失败。如果缓存队列处于填满状态,TCP认为有错误发生,所有的后续连接请求会被拒绝。这里可以看出SYN Flood攻击是如何起作用的。
    丢弃:如果该分段中的标志为RST或ACK,或者没有SYN标志,则该分段丢弃。并释放相应的内存。
    发送序列变量
   SND.UNA : 发送未确认
   SND.NXT : 发送下一个
   SND.WND : 发送窗口
   SND.UP : 发送优先指针
   SND.WL1 : 用于最后窗口更新的段序列号
   SND.WL2 : 用于最后窗口更新的段确认号
   ISS : 初始发送序列号
  接收序列号
   RCV.NXT : 接收下一个
   RCV.WND : 接收下一个
   RCV.UP : 接收优先指针
   IRS : 初始接收序列号
    当前段变量
       SEG.SEQ : 段序列号
       SEG.ACK : 段确认标记
       SEG.LEN : 段长
       SEG.WND : 段窗口
       SEG.UP : 段紧急指针
       SEG.PRC : 段优先级
    CLOSED表示没有连接,各个状态的意义如下:
       LISTEN : 监听来自远方TCP端口的连接请求。
       SYN-SENT : 在发送连接请求后等待匹配的连接请求。
       SYN-RECEIVED : 在收到和发送一个连接请求后等待对连接请求的确认。
       ESTABLISHED : 代表一个打开的连接,数据可以传送给用户。
       FIN-WAIT-1 : 等待远程TCP的连接中断请求,或先前的连接中断请求的确认。
       FIN-WAIT-2 : 从远程TCP等待连接中断请求。
       CLOSE-WAIT : 等待从本地用户发来的连接中断请求。
       CLOSING : 等待远程TCP对连接中断的确认。
       LAST-ACK : 等待原来发向远程TCP的连接中断请求的确认。
       TIME-WAIT : 等待足够的时间以确保远程TCP接收到连接中断请求的确认。
       CLOSED : 没有任何连接状态。
       TCP连接过程是状态的转换,促使发生状态转换的是用户调用:OPEN,SEND,RECEIVE,CLOSE,ABORT和STATUS。传送过来的数据段,特别那些包括以下标记的数据段SYN,ACK,RST和FIN。还有超时,上面所说的都会时TCP状态发生变化。
    序列号:请注意,我们在TCP连接中发送的字节都有一个序列号。因为编了号,所以可以确认它们的收到。对序列号的确认是累积性的。TCP必须进行的序列号比较操作种类包括以下几种:
      ①决定一些发送了的但未确认的序列号。
     ②决定所有的序列号都已经收到了。
   ③决定下一个段中应该包括的序列号。
    对于发送的数据TCP要接收确认,确认时必须进行的:
       SND.UNA = 最老的确认了的序列号。
       SND.NXT = 下一个要发送的序列号。
       SEG.ACK = 接收TCP的确认,接收TCP期待的下一个序列号。
       SEG.SEQ = 一个数据段的第一个序列号。
       SEG.LEN = 数据段中包括的字节数。
       SEG.SEQ+SEG.LEN-1 = 数据段的最后一个序列号。
    如果一个数据段的序列号小于等于确认号的值,那么整个数据段就被确认了。而在接收数据时下面的比较操作是必须的:
       RCV.NXT = 期待的序列号和接收窗口的最低沿。
       RCV.NXT+RCV.WND:1 = 最后一个序列号和接收窗口的最高沿。
       SEG.SEQ = 接收到的第一个序列号。
       SEG.SEQ+SEG.LEN:1 = 接收到的最后一个序列