TCP 标头中的选项字段

TCP 用户之间通过发送数据包进行通信。数据包包含有关源和目标以及其他 TCP 变量的数据和其他信息。这些详细信息存储在作为数据包顶部的 TCP 标头中。当一个数据包通过不同的网络设备传输时，每次都会对报头进行处理，然后进一步转发数据包。数据包在传输过程中不会更改数据，但某些细节可能会通过 NAT 设备在标头中更改，例如 IP 地址和端口号。

TCP 标头

在标题之后，有一个选项字段。选项字段的最大大小为 40 字节。它的大小是可变的；不断改变数据包。

选项字段的重要性：

最初开发 TCP 时，互联网、内存和技术并不那么先进和便宜。当时，基本标头足以在两个计算机节点之间进行成功通信。但是随着互联网变得流行，旧的 TCP 开始变得过时，并且需要更改标头以适应互联网和内存中的可用更改。但是一旦 TCP 在全球如此流行，几乎不可能在其中引入新的更改并将其部署在每台设备上。那么 TCP 和 Internet 是如何提供解决方案的呢？

他们将选项字段留在主标题下方的数据包中。当时选项字段的使用非常有限，但现在每个新的更改或优化都是使用此选项字段实现的。截至今天，使用 TCP 标头中的此选项字段实现了大约35 种优化。由于 kind 变量的大小为 1 字节，因此它可以表示 256 个数字。除了 35 种优化，其他值被保留。该字段是可选的，因为它用于非常特殊的场合，并不是在每个数据包中都使用。许多优化使用SYN数据包中的选项字段，而其他优化在网络拥塞时使用它。

各种选项：

最大段大小 (MSS)：

Kind = 2
Length = 4
MSS

客户端告诉它可以从服务器接受的数据包大小。当客户端与服务器建立连接时，该选项字段在 SYN 数据包中使用。

“Kind=2”占用 1 个字节空间，“length=4”占用 1 个字节空间，“MSS”占用 2 个字节空间。因此，MSS 选项消耗的总空间（长度 = 4）为 4 个字节。

最大段大小 (MSS)

窗口缩放：

Kind = 3
Length = 3
Window Scaling: shift.cnt

“窗口大小”字段为 16 位长，可以表示最大值 2 ¹⁶ =65,536。客户端可以使用 TCP 标头中的“窗口大小”字段来通告其最大 64KB 的缓冲区。使用窗口缩放选项，客户端可以告诉服务器它的缩放因子，这使发送者能够通告其缓冲区大小高达 2 ³⁰ =1 GB。 shift.cnt 采用 0-14 之间的值。因此，16+14=30 是可用于通告缓冲区大小的最大位数。

窗口缩放

选择性确认：

Kind=4
Length=2
SACK Permitted

Kind=5
Length= 8n
SACK

SACK 通知发送方多个数据包丢失，以便发送方尽快恢复丢失。在 SYN 数据包中，发送者通过使用“Sack allowed”选项告诉服务器它支持 SACK 选项。

当接收方的数据包交付无序时，接收方会发送 SACK 选项来告知丢失的数据包。一个 SACK 块占用 8 个字节，所以 sack 的大小是 8 个字节的倍数。

选择性确认

时间戳：

Kind=8
Length=10
Timestamps

Kind 和 Length 变量各占 1 个字节。时间戳有两部分：发送时间和接收时间，每部分占用4个字节。因此，该选项字段总共占用 10 个字节。

时间戳的使用有：RTTM（往返时间测量）、PAWS（防止包装序列号）

时间戳

TCP 快速打开：

Kind=34
Length=18
TCP Fast Open Cookie

客户端首先在 SYN 数据包中告诉服务器它支持 TCP FastOpen。然后服务器在 SYN+ACK 数据包中发送加密的 cookie。 kind 和 length 变量一起占用 2 个字节。 cookie 大小为 16 字节。因此，此选项总共消耗 18 个字节。

每次客户端请求服务器建立连接时，TFO 避免了 3 次握手。使用 TFO 客户端可以直接向服务器发送 GET 请求。

TCP 快速打开

否：

Kind=1

此选项字段用于两个选项之间。此选项告诉选项字段/块中下一个选项字段的开始。这可能会或可能不会被发送者使用，因此接收者必须准备好处理带有或不带有此 NOP 的选项。它只消耗 1 个字节的空间，并且与其他选项不同，它没有长度或重要信息。

无

选项列表的结尾：

Kind=0

此选项用于选项列表的末尾。 kind 值为 0，但它用于所有选项的末尾。必须注意的是，它仅在列出标头中的所有选项后才使用一次，不像 NOP，它不会出现在每个选项之后。如果标头字段被完全填满并占用了最大可能的可用空间，则此选项不是强制性的。如果标题中仍有一些可用空间，则显式插入此选项，但发件人突出显示选项列表的末尾。

选项列表结束

请注意，MSS、Window Scaling 和 TCP FastOpen 仅用于 SYN 数据包。之后，它们就再也不用了。其余选项（在本文中讨论）可以根据使用要求在通信期间发送的任何数据包中使用。