Transmission Control Protocol (tcp)

ТСР осигурява зависим от връзката обмен на данни между устройства (протоколът е връзково ориентиран), поддържа множество потоци данни и позволява контрол на грешките, потока и пренареждането на пакети, пристигнали в разбъркан ред. Преди да се пристъпи към описанието на хедъра на ТСР е необходимо да се изясят понятията “порт” и “сокет“.

ТСР/IР използва двукомпонентен логически адрес - IР адресът - за да идентифицира компютрите източници и компютрите местоназначения в мрежовите комуникации. Ако обаче две мрежови приложения, работещи на един и същ компютър, изпращат заявки и получават отговори едновременно (например дадено входящо съобщение е предназначено за E-mail програма, докато друго е Web страница, която се връща към Web браузъра) е необходимо да се направи разлика между тях. Тази разлика се дефинира с помощтта на портовете.

Приложения, които не са асоциирани с конкретен номер на порт, работят на портове, чиито номера се избират от определен диапазон от номера. Например номерата на портове под 255 са за широко използвани приложения, номерата 256-1023 се използват за приложения, разработвани от различни софтуерни фирми, а номерата над 1023 не са регулирани. При изпращане на данните от source хоста, се назначават изходящите номера на портовете, като се дават номера над 1023.

TCP хедърът включва минимум 20 байта и съдържа следните полета:

• 
  TCP Source Port (16 бита) - това поле съдържа номера на порта, инициирал комуникационната сесия. Порта и IP адреса на източника образуват адреса за връщане на пакета. Това е клиентски порт (1024-65535) или сървърен порт (1-1023). Ако запитването е инициирано от клиента, то номерът на порта е клиентски, ако сървърът отговаря на клиентско запитване – номерът на порта е сървърен.
  
• 
  TCP Destination Port (16 бита) - това поле съдържа номера на порта, за който е предназначена информацията. Този порт съдържа интерфейсния адрес на приложението на компютера получател, към който се подават данните от този пакет. Номерът на порта, визуализиран в това поле също зависи от посоката на комуникация: клиент към сървер или сървер към клиент.
  
• 
  TCP Sequence Number (32 бита) - това поле съдържа пореден номер, използван от получаващия компютер за реконструиране на фрагментираните данни в първоначалната им форма. В динамично маршрутизираната мрежа е напълно възможно някой от пакетите да е изминал по-дълъг път и да пристигне след тези, изпратени след него. Това поле служи за компенсиране на такава, непоредна доставка. Този пореден номер идентифицира първия байт на всяка изпращана дейтаграма. Диалогът е: “Сега изпращам данни започвайки от този номер”. Ако приемащата страна не потвърди (ACK) изпратените данни, изпращащата страна приема, че данните са загубени и ги предава отново.
  
• 
  TCP Acknowledgment Number (32 бита) - 4-байтовото поле за номер на потвърждение съдържа стойността, която идентифицира следващата поредна стойност, която хостът очаква да приеме от другата страна. АСК номерът трябва да е равен на изпратения преди това от другата страна пореден номер, плюс стойността на дължината. Приемната страна предполага, че е приела всички данни, изпратени до този момент. Това се нарича предполагаемо потвърждение (implied acknowledgment). Приемащата страна може да потвърди приемането на множество кадри с едно потвърждение (АСК). Този процес действа по-ефективно, отколкото отделното потвърждение на всеки кадър и свързаните с него допълнителни байтове.
  

• 
  Изпращащият хост изпраща 5 кадъра.
  
• 
  Поредният номер на първия кадър в този поток е 10.
  
• 
  Всеки кадър съдържа 10 байта с данни.
  

„След това очаквам да приема...".

• 
  Data Offset (4 бита) - това поле съдържа размера на ТСР хедъра, измерван в 32 битоби думи. Тъй като дължината на ТСР хедъра може да варира по размери (при използването на опции) отместването на данните е необходимо. ТСР го използва, за да предвиди точно на кое място в кадъра трябва да се очаква първият байт данни от по-горен слой.
  
• 
  Reserved (Резервирано поле) (6 бита) - това поле винаги има стойност 0. То е запазено за по-нататъшна употреба;
  
• 
  Flags (флагове) (6 бита) - това поле съдържа 6 еднобитоби флагове, позволяващи контролни функции, както следва:
  

• 
  URG (Urgent - спешно) Задава се от изпращащия хост, за да индицира, че данните, съдържащи се в този кадър, имат висок приоритет. Когато изпращащият хост зададе на този бит стойност 1, указателят за спешност Urgent Point, който се визуализира за URG бита, идентифицира (сочи към) следващият байт в кадъра, който следва след спешните данни.
  
• 
  ACK (Acknowledgement - потвърждение) Изпращащият хост задава на този бит стойност 1, за да индицира, че този кадър съдържа потвърждение на изпратените преди това данни.
  
• 
  PSH (Push- изтласкване) Всяка ТСР сесия контролира кога приетите данни се подават за обработка към приложения от по-горен слой. Когато изпращащият хост зададе на този бит стойност 1, приемащата страна не трябва да изчаква; вместо това тя трябва да изпрати данните (да ги изтласка) незабавно към процеса от по-горен слой. Задавайки на този бит стойност 1, изпращащият ТСР хост задължава приемащия ТСР хост да подаде данните нагоре без закъснение.
  
• 
  RST (Reset - анулиране) Има стойност 1, когато потребителят прекъсне сесия или когато възникне грешка във връзката, за да индицира, че сесията трябва да бъде анулирана.
  
• 
  SYN (Synchronization - синхронизация) Изгражда сесия между портове/сокети чрез синхронизиране на поредни номера.
  
• 
  FIN (Finish - край) Затваря изградена сесия и индицира, че изпращащата страна е завършила изпращането на данни.
  

• 
  Wndow Size (Размер на прозореца) (16 бита) - това поле се използва от получателя за да укаже на източника колко данни би желал да приема на ТСР сегмент. Количеството на данните, които даден хост може да приеме, варира в зависимост от ресурсите на хоста и от количеството на предаванията, които този хост приема в момента. Двубайтовото поле за прозорец дефинира максималното количество данни в байтове, които даден ТСР хост може да приеме. Хостът използва това поле за контрол на потока. Размер на прозорец, равен на нула индицира, че в момента този хост не може да приеме данни. Това обикновено индицира задръстване или недостиг на ресурси.
  

• 
  Checksum (16 бита) - тоба поле съдържа контролна сума за проверка на грешки. Източникът изчислява контролната сума въз основа съдържанието на сегмента. Получателят извършва същото изчисление. Ако съдържанието е пристигнало непокътнато, резултата от двете изчисления следва да е идентичен и това доказва валидността на данните.
  
• 
  Urgent Pointer (указател за спешност) (16 бита). 2-байтовото поле съществува само когато е зададен битът за спешност URG. Когато изпращащият хост зададе на бита за спешност стойност 1, указателят Urgent Pointer идентифицира байта в кадъра, който следва след спешните данни, за да може ясно да бъде идентифицирано мястото, откъдето започват неспешните данни.
  

• 
  Създаване и унищожаване на връзки
  
• 
  Мултиплексиране
  
• 
  Трансфер на данни
  
• 
  Контрол на потока
  
• 
  Надеждност
  

ТСР гарантира доставянето на пакети. ТСР е по-бавен от UDP, но последният не осигурява никаква надеждност.

Когато ТСР приеме поток от данни (съобщения), той разбива потока на сегменти и задава поредни номера на всеки байт в дейтаграмата, преди да започне доставяне с помощта на IР. Тези поредни номера изискват да бъдат връщани със сответните потвърждения от местоназначението, за да се гарантира, че то е приело от изпращащата страна всеки сегмент от дейтаграмата. ТСР поддържа копие на сегментите, съдържащи се в буфер на хоста, познат като ТСВ (блок за контрол на предаването). Ако не получи потвърждение, протоколът приема, че дейтаграмата е изгубена и я предава отново.

След като IР научи логическия адрес на хоста-местоназначение, ТСР създава сесия, която осигурява надеждна основа за доставянето на данни, което извършват протоколите от по-горен слой. Когато потребителят или един от хостовете поиска да затвори дадена сесия, ТСР разпада сесията.

При установяване на връзката се резервират ресурси за времето, в което трае тази връзка. По време на фазата по предаване на данните, те се предават по вече установения път като в отсрещната страна данните пристигат в реда, в който са изпратени. Резервираните ресурси се освобождават, когато връзката вече не е необходима и тя се прекъсва.
Метод Tree-way Handshake за установяване на връзка:
Хостове, които използват TCP протокол на транспортен слой, изграждат връзка помежду си преди да започнат предаването на необходимата им информация. Установяването на тази връзка става по метод, наречен Tree-way Handshake. При него става синхронизиране на връзката в двата края преди предаването на информацията. Хостовете си обменят пакети, съдържащи началният номер на последователността от пакети, които ще предават помежду си с цел следене на това дали цялата информация, която изпраща единият хост към другия и обратно се получава в отсрещната страна.

Първоначално клиентът изпраща пакет с вдигнат SYN флаг, което от сървъра се възприема като начало на инициализиране на TCP сесия. Втората стъпка от установяването на сесията настъпва когато от страна на сървъра към клиента съшо се изпраща пакет с вдигнат SYN флаг. Освен него в пакета се съдържа и вдигнат ACK флаг, който е в отговор на получения от сървъра SYN.

Всеки краен хост поддържа свой собствен прозорец (Window) и при създаване на сесия рекламира този прозорец пред другата страна. Когато настъпи задръстване, хостът намалява размера на своя прозорец и го рекламира пред другата страна. Ефектът от това е, че хостът изисква от другата страна да намали или забави своите предавания. Когато вече няма задръстване, хостът може да увеличи размера, предупреждавайки другата страна, че тя може да изпраща повече данни.

На фигурата са показани различни етапи от дефиниране на прозорец.

• 
  Първоначално хостът В рекламира пред хост А размер на своя прозорец 4096 байта.
  
• 
  Хостът А отговаря като изпраща четири кадъра, всеки от които съдържа по 1024 байта. Хостът В, който сега отчита задръстване, рекламира 1024 байта като размер на своя прозорец, указвайки на хост А да забави своите предавания.
  
• 
  Хостът А отговаря чрез изпращане на максималното за прозореца количество от 1024 байта данни.
  
• 
  Хост В, претоварен от голямото количество предавания, които е приел, отговаря като рекламира прозорец с размер нула. Чрез рекламиране на Window=0, хостът В иска от хост А да спре предаването на данни, докато настъпи момент, в който може да приема повече предавания.
  

Изпращащата страна използва прозореца като индикация на количеството данни, което може да изпрати, преди да се наложи приемникът да му даде позволение (като му изпрати АСК), за да изпрати още. Ако състоянието

нула на прозореца продължи за продължителен период от време, без пренасяне на положителен размер на прозореца, това евентуално ще доведе до затваряне на връзката. Дори ако на хоста има състояние нула на прозореца, този хост може пак да предава данни, но може да приеме само критични кадри като АСК потвърждения и такива, пренасящи битове за RST (нулиране) или URG (спешност).

На горните две фигури са показани варианти с два размера на прозореца.

Приемащият хост не изпраща АСК, ако дейтаграмите се изгубят при пренасяне. Предаващият (изпращащият) хост има задачата да открива изгубени или липсващи кадри и да ги предава отново, ако е необходимо.