TCP數據被封裝在一個IP數據報中如下圖：
TCP數據在IP數據報中的封裝
顯示TCP首部的數據格式。如果不計任選字段，它通常是20個字節。
每個TCP段都包含源端和目的端的端口號，用于尋找發端和收端應用進程。這兩個值加上IP首部中的源端IP地址和目的端IP地址唯一確定一個TCP連接。
有時，一個IP地址和一個端口號也稱為一個插口（socket）。這個術語出現在最早的TCP規范（RFC793）校罄此滄魑硎靜死嫻謀喑探涌凇２蹇詼裕╯ocketpair）(包含客戶IP地址、客戶端口號、服務器IP地址和服務器端口號的四元組)可唯一確定互聯網絡中每個TCP連接的雙方。
序號用來標識從TCP發端向TCP收端發送的數據字節流，它表示在這個報文段中的的第一個數據字節。如果將字節流看作在兩個應用程序間的單向流動，則TCP用序號對每個字節進行計數。序號是32bit的無符號數，序號到達232－1后又從0開始。
當建立一個新的連接時，SYN標志變1。序號字段包含由這個主機選擇的該連接的初始序號ISN（InitialSequenceNumber）。該主機要發送數據的第一個字節序號為這個ISN加1，因為SYN標志消耗了一個序號（將在下章詳細介紹如何建立和終止連接，屆時我們將看到FIN標志也要占用一個序號）。
既然每個傳輸的字節都被計數，確認序號包含發送確認的一端所期望收到的下一個序號。因此，確認序號應當是上次已成功收到數據字節序號加1。只有ACK標志（下面介紹）為1時確認序號字段才有效。
發送ACK無需任何代價，因為32bit的確認序號字段和ACK標志一樣，總是TCP首部的一部分。因此，我們看到一旦一個連接建立起來，這個字段總是被設置，ACK標志也總是被設置為1。
TCP為應用層提供全雙工服務。這意味數據能在兩個方向上獨立地進行傳輸。因此，連接的每一端必須保持每個方向上的傳輸數據序號。
TCP可以表述為一個沒有選擇確認或否認的滑動窗口協議（滑動窗口協議用于數據傳輸將在20.3節介紹）。我們說TCP缺少選擇確認是因為TCP首部中的確認序號表示發方已成功收到字節，但還不包含確認序號所指的字節。當前還無法對數據流中選定的部分進行確認。例如，如果1～1024字節已經成功收到，下一報文段中包含序號從2049～3072的字節，收端并不能確認這個新的報文段。它所能做的就是發回一個確認序號為1025的ACK。它也無法對一個報文段進行否認。例如，如果收到包含1025～2048字節的報文段，但它的檢驗和錯，TCP接收端所能做的就是發回一個確認序號為1025的ACK。
首部長度給出首部中32bit字的數目。需要這個值是因為任選字段的長度是可變的。這個字段占4bit，因此TCP最多有60字節的首部。然而，沒有任選字段，正常的長度是20字節。在TCP首部中有6個標志比特。它們中的多個可同時被設置為1。我們在這兒簡單介紹它們的用法。
URG緊急指針（urgentpointer）有效
ACK確認序號有效。
PSH接收方應該盡快將這個報文段交給應用層。
RST重建連接。
SYN同步序號用來發起一個連接。這個標志和下一個標志將在第18章介紹。
FIN發端完成發送任務。
TCP的流量控制由連接的每一端通過聲明的窗口大小來提供。窗口大小為字節數，起始于確認序號字段指明的值，這個值是接收端正期望接收的字節。窗口大小是一個16bit字段，因而窗口大小最大為65535字節。在24.4節我們將看到新的窗口刻度選項，它允許這個值按比例變化以提供更大的窗口。
檢驗和覆蓋了整個的TCP報文段：TCP首部和TCP數據。這是一個強制性的字段，一定是由發端計算和存儲，并由收端進行驗證。TCP檢驗和的計算和UDP檢驗和的計算相似。
只有當URG標志置1時緊急指針才有效。緊急指針是一個正的偏移量，和序號字段中的值相加表示緊急數據最后一個字節的序號。TCP的緊急方式是發送端向另一端發送緊急數據的一種方式。
最常見的可選字段是最長報文大小，又稱為MSS(MaximumSegmentSize)。每個連接方通常都在通信的第一個報文段（為建立連接而設置SYN標志的那個段）中指明這個選項。它指明本端所能接收的最大長度的報文段。
從上圖中我們注意到TCP報文段中的數據部分是可選的。我們將在18章中看到在一個連接建立和一個連接終止時，雙方交換的報文段僅有TCP首部。如果一方沒有數據要發送，也使用沒有任何數據的首部來確認收到的數據。在處理超時的許多情況中，也會發送不帶任何數據的報文段。
