TCP首部格式
TCP虽然是面向字节流的，但TCP传送的数据单元却是报文段。一个TCP报文段分为首部和数据两部分。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，因而TCP首部的最小长度是20字节。
首部固定部分各字段的意义如下：
（1）源端口和目的端口
各占2个字节，分别写入源端口号和目的端口号。TCP的分用功能也是通过端口实现的。
（2）序号
占4字节。序号范围是 [0, 2^32 - 1]，共232个序号。序号增加到232 - 1后，下一个序号又回到0。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，一报文段的序号字段值是301，而携带的数据共有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。如果有下一个报文段的话，序号字段应从401开始。
（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，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。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。数据偏移的单位是32位（4字节），由于4位二进制数能够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首部的最大长度（选项字段长度不能超过40字节）。
（5）保留
占6位，保留为今后使用，但目前应置为0。
（6）紧急URG
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，应尽快传送，而不要按原来的排队顺序来传送。当URG置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是普通数据，这时要与首部中紧急指针字段配合使用。
（7）确认ACK
仅当ACK = 1 时确认号字段有效。TCP规定，在连接建立后所有传送的报文段都必须把ACK置1。
（8）推送PSH
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够收到对方的响应。在这种情况下，TCP就可以使用推送操作，发送方TCP把PSH置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，就尽快的交付接收应用进程，而不再等到整个缓存都填满了后再向上交付。
（9）复位RST
当RST = 1 时，表明TCP连接中出现严重错误（主机崩溃或其它原因），必须释放连接，然后再重新建立运输连接。RST置1还用来拒绝一个非法的报文段或拒绝打开一个连接。RST也可称为重建位或重置位。
（10）同步SYN
在连接建立是用来同步序号。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，则在响应的报文段中使SYN = 1 和 ACK = 1 。因此，SYN置1就表示这是一个连接请求或连接接受报文。
（11）终止FIN
用来释放一个连接。当FIN = 1 时，表明此报文段的发送方的数据已发送完毕，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收窗口。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。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号算起，我的接收缓存空间还可接收1000个字节数据（字节序号是从701~1700），你在给我发送数据时，必须考虑到这一点。
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。
（14）紧急指针
占2字节。紧急指针仅在URG = 1 时有效。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）。因此，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。即使窗口值为0也可以发送紧急数据。
（15）选项
长度可变，最长可达40字节。TCP最初只规定了一种选项，即最大报文段长度MSS，MSS是每一个TCP报文段中的数据字段的最大长度。随着互联网的发展，又陆续增加了几个选项，如窗口扩大选项、时间戳选项等。