TCP头部中的选项字段

TCP用户通过发送数据包来相互通信。 该数据包中包含有关源地址、目标地址以及其他TCP相关变量的数据和其他信息。 这些详细信息存储在TCP头部中，而TCP头部正是数据包的最顶端部分。 当数据包通过不同的网络设备传输时，每次都会对头部信息进行处理，之后数据包才会被继续转发。 在数据包传输过程中，数据本身不会发生改变。不过，通过NAT设备的传输过程时，数据包中的某些详细信息可能会发生变化，比如IP地址和端口号。

在“Header”之后，还有一个“Options”字段。该对象的最大尺寸为 “选项”字段的大小为40字节。它的大小是可变的；会不断根据数据包的不同而发生变化。

期权领域的重要性：

在TCP协议最初被开发出来的时候，互联网、内存以及相关技术都还并不发达，而且成本也相当高。 在那个时代，使用基本的头部信息就足以实现两个计算机节点之间的有效通信了。 但是，随着互联网的普及，传统的TCP协议逐渐变得过时了。因此，需要对头部结构进行相应的修改，以适应互联网和内存方面的变化。 但是，一旦TCP技术在全球范围内变得如此流行，那么对TCP进行任何新的修改或将其应用于各种设备就几乎是不可能的了。 那么，TCP和互联网又是如何找到解决方案的呢？

他们把选项字段留到了主标题下方的位置。当时，选项字段的使用范围非常有限，但现在，每一个新的改进或优化措施都是通过这个选项字段来实现的。35项优化措施从今天开始，这些功能是通过TCP头部中的选项字段来实现的。由于“kind”变量的大小为1字节，因此它可以表示256个不同的数值。除了35种优化之外，其他的值都是被预留出来的。这个字段是可选的，因为它只在非常特殊的情况下才会被使用，而且并不是每个数据包都会用到这个字段。许多优化措施都是利用这个选项字段来实现的。SYN在网络拥塞的情况下，数据包以及其他数据都会使用它。

多种选择：

最大段大小（MSS）：

Kind = 2
Length = 4
MSS

客户端会说明它能够从服务器接收到的数据包大小。当客户端与服务器建立连接时，这个选项字段会在SYN数据包中被使用。

“Kind=2”需要1个字节的空间；“length=4”也需要1个字节的空间；而“MSS”则需要2个字节的空间。因此，使用“MSS”选项时，总共占用的空间为4个字节。

窗口缩放：

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

“窗口大小”字段的长度为16位，可以表示的最大值为2^16 = 65,536。客户端可以通过TCP头部中的“窗口大小”字段来声明其缓冲区的最大容量，该容量可达64KB。利用窗口缩放选项，客户端还可以指定缩放因子，这样发送方就可以声明其缓冲区的大小达到2^30 = 1GB。shift.cnt的取值范围是0到14之间。因此，用于声明缓冲区大小的最大位数就是16 + 14 = 30位。

选择性确认：

Kind=4
Length=2
SACK Permitted

Kind=5
Length= 8n
SACK

SACK机制会向发送方报告所有丢失的数据包的情况，这样发送方就可以尽快恢复这些丢失的数据。在SYN数据包中，发送方可以通过使用“允许SACK”选项来表明其支持SACK机制。

当接收端出现数据包传输出错的情况时，接收方会发送SACK消息来通知丢失的数据包。一个SACK消息占用8个字节，因此，SACK消息的大小必须是8字节的整数倍。

时间戳:

Kind=8
Length=10
Timestamps

“Kind”和“Length”这两个变量各占用1个字节。而时间戳则包含两个部分：发送时间和接收时间，每部分都占用4个字节。因此，这个选项字段总共占用了10个字节的空间。

时间戳的使用方式包括：RTTM（往返时间测量）、PAWS（针对序列号缠绕问题的防护机制）。

TCP FastOpen：

Kind=34
Length=18
TCP Fast Open Cookie

客户端首先通过SYN数据包向服务器表明其支持TCP FastOpen功能。之后，服务器会在SYN+ACK数据包中发送加密后的信息。Kind和Length这两个字段总共占用2个字节。而整个cookie的大小则约为16字节。因此，这个选项总共会占用18个字节的空间。

在客户端向服务器发起连接请求时，TFO可以避免进行三次握手过程。使用TFO的客户端可以直接向服务器发送GET请求。

NOP：

Kind=1

这个选项字段用于连接两个选项之间。它用来表示下一个选项字段的起始位置。发送方可能会使用这个选项，也可能不会使用。因此，接收方必须准备好处理带有或不带有这个NOP的选项。这个选项只占用1个字节的空间，而且没有其他选项那样具有明确的长度或重要信息。

选项列表结束：

Kind=0

这个选项位于选项列表的末尾。 该数值为0，但它被用在所有选项的末尾。 需要注意的是，这种用法只会在列出所有标题中的选项之后才使用一次而已。与NOP不同的是，它不会在每个选项之后都出现。 如果头部字段已经完全被填充，并且占用了所有可用的空间，那么这个选项就不是必需的。 如果头部仍然有一些空闲空间，那么这个选项就会被明确插入到列表中。不过，发送者会把这个选项放在选项列表的末尾。

需要注意的是，MSS、窗口缩放以及TCP FastOpen这些功能仅会在SYN数据包中使用。除此之外，它们几乎不会在其他数据包中被使用。而本文中提到的其他选项则可以根据实际需求，被用于通信过程中发送的任何类型的数据包中。