TCP (Transmission Control Protocol)

TCP выполняет функции протокола транспортного уровня модели OSI и является транспортным механизмом с предварительной установкой соединения. В отличие от UDP, протокол TCP гарантирует, что приложение получит данные точно в такой же последовательности, в какой они были отправлены, и без потерь. Реализация TCP, как правило, встроена в ядро системы, хотя есть и реализации TCP в контексте приложения.

TCP контролирует длину сообщения, скорость обмена сообщениями, сетевой трафик.

Структура TCP-сегмента приведена на рисунке 3.3.

Рисунок 3.3. – Структура TCP-сегмента

Порт источника - идентифицирует порт, с которого отправлены пакеты.

Порт назначения - идентифицирует порт, на который отправлен пакет.

Номер последовательности - выполняет две задачи:

1. Если установлен SYN, то это начальное значение номера последовательности и первый байт данных - номер последовательности плюс 1.

2. Если флаг SYN не установлен, первый байт данных - это номер последовательности.

Поскольку TCP-поток в общем случае может быть длиннее, чем число различных состояний этого поля, то все операции с номером последовательности должны выполняться по модулю 2^32. Это накладывает практическое ограничение на использование TCP. Если скорость передачи коммуникационной системы такова, чтобы в течение MSL (максимального времени жизни сегмента) произошло переполнение номера последовательности, то в сети может появиться два сегмента с одинаковым номером, относящихся к разным частям потока, и приёмник получит некорректные данные.

Номер подтверждения - если установлен флаг ACK, то это поле содержит номер последовательности, ожидаемый получателем в следующий раз. Помечает этот сегмент как подтверждение получения.

Смещение данных - это поле определяет размер заголовка пакета TCP в 32-битных словах. Минимальный размер составляет 5 слов, а максимальный - 15, что составляет 20 и 60 байт соответственно. Смещение считается от начала заголовка TCP.

Зарезервировано - (6 бит) для будущего использования и должны устанавливаться в ноль. Из них два (7-й и 8-й) уже определены:

CWR (Congestion Window Reduced) - поле «Окно перегрузки уменьшено» - флаг установлен отправителем, чтобы указать, что получен пакет с установленным флагом ECE (RFC 3168);

ECE (ECN-Echo) - поле «Эхо ECN» - указывает, что данный хост способен на ECN (явное уведомление перегрузки) и для указания отправителю о перегрузках в сети (RFC 3168).

Флаги (управляющие биты) - это поле содержит 6 битовых флагов:

URG (Urgent pointer field is significant) - поле "Указатель важности" задействовано;

ACK (Acknowledgement field is significant) - поле "Номер подтверждения" задействовано;

PSH (Push function) - инструктирует получателя протолкнуть данные, накопившиеся в приемном буфере, в приложение пользователя;

RST (Reset the connection) - оборвать соединения, сбросить буфер;

SYN (Synchronize sequence numbers) - синхронизация номеров последовательности;

FIN (Final) - флаг указывает на завершение соединения.

Контрольная сумма - это 16-битное дополненение суммы всех 16-битных слов заголовка и текста. Если сегмент содержит нечетное число октетов в заголовке /или тексте, последние октеты дополняются справа 8 нулями для выравнивания по 16-битовой границе. Биты заполнения (0) не передаются в сегменте и служат только для расчета контрольной суммы. При расчете контрольной суммы значение самого поля контрольной суммы принимается равным 0.

Указатель важности - это 16-битовое значение положительного смещения от порядкового номера в данном сегменте. Это поле указывает порядковый номер октета которым заканчиваются важные (urgent) данные. Поле принимается во внимание только для пакетов с установленным флагом URG. В таблице 3.5 приведены возможные состояния сеанса TCP.

3.3.1 Передача данных

При обмене данными приемник использует номер последовательности, содержащийся в получаемых сегментах, для восстановления их исходного порядка. Приемник уведомляет передающую сторону о номере последовательности, до которой он успешно получил данные, включая его в поле «номер подтверждения».

Все получаемые данные, относящиеся к промежутку подтвержденных последовательностей, игнорируются. Если полученный сегмент содержит номер последовательности больший, чем ожидаемый, то данные из сегмента буферизируется, но номер подтвержденной последовательности не изменяется. Если в последствии будет принят сегмент, относящийся к ожидаемому номеру последовательности, то порядок данных будет автоматически восстановлен исходя из номеров последовательностей в сегментах.

Таблица 3.5 - Состояния сеанса TCP

Для того, чтобы передающая сторона не отправляла данные интенсивнее, чем их может обработать приемник, TCP содержит средства управления потоком. Для этого используется поле «окно». В сегментах, направляемых от приемника передающей стороне в поле «окно» указывается текущий размер приемного буфера. Передающая сторона сохраняет размер окна и отправляет данных не более, чем указал приемник. Если приемник указал нулевой размер окна, то передача данных в направлении этого узла не происходит, до тех пор пока приемник не сообщит о большем размере окна.

В некоторых случаях передающее приложение может явно затребовать протолкнуть данные до некоторой последовательности принимающему приложению, не буферизируя их. Для этого используется флаг PSH. Если в полученном сегменте обнаруживается флаг PSH, то реализация TCP отдает все буферизированные на текущий момент данные принимающему приложению. «Проталкивание» используется, например, в интерактивных приложениях. В сетевых терминалах нет смысла ожидать ввода пользователя после того, как он закончил набирать команду. Поэтому последний сегмент, содержащий команду, обязан содержать флаг PSH, чтобы приложение на принимающей стороне смогло начать её выполнение.