Internet

TCP (ang. Transmission Control Protocol – protokół kontroli transmisji) – strumieniowy protokół komunikacji między dwoma komputerami. Został stworzony przez Vintona Cerfa i Roberta Kahna.

Jest on częścią większej całości określanej jako stos TCP/IP. W modelu OSI TCP odpowiada warstwie transportowej.

[edytuj] Charakterystyka protokołu

TCP jest protokołem działającym w trybie klient-serwer. Serwer oczekuje na nawiązanie połączenia na określonym porcie. Klient inicjuje połączenie do serwera.

W przeciwieństwie do UDP, TCP gwarantuje wyższym warstwom komunikacyjnym dostarczenie wszystkich pakietów w całości, z zachowaniem kolejności i bez duplikatów. Zapewnia to wiarygodne połączenie kosztem większego narzutu w postaci nagłówka i większej liczby przesyłanych pakietów. Chociaż protokół definiuje pakiet TCP, to z punktu widzenia wyższej warstwy oprogramowania, dane płynące połączeniem TCP należy traktować jako ciąg oktetów. W szczególności – jednemu wywołaniu funkcji API (np. send()) nie musi odpowiadać wysłanie jednego pakietu. Dane z jednego wywołania mogą zostać podzielone na kilka pakietów lub odwrotnie – dane z kilku wywołań mogą zostać połączone i wysłane jako jeden pakiet (dzięki użyciu algorytmu Nagle'a). Również funkcje odbierające dane (recv()) w praktyce odbierają nie konkretne pakiety, ale zawartość bufora stosu TCP/IP, wypełnianego sukcesywnie danymi z przychodzących pakietów.

[edytuj] Nawiązywanie połączenia

three-way handshake

Charakterystyczny dla TCP jest moment nawiązania połączenia, nazywany three-way handshake. Host inicjujący połączenie wysyła pakiet zawierający segment TCP z ustawioną flagą SYN (synchronize). Host odbierający połączenie, jeśli zechce je obsłużyć, odsyła pakiet z ustawionymi flagami SYN i ACK (acknowledge – potwierdzenie). Inicjujący host powinien teraz wysłać pierwszą porcję danych, ustawiając już tylko flagę ACK (i gasząc SYN). Jeśli host odbierający połączenie nie chce lub nie może odebrać połączenia, powinien odpowiedzieć pakietem z ustawioną flagą RST (reset).

[edytuj] Transmisja danych

W celu weryfikacji wysyłki i odbioru TCP wykorzystuje sumy kontrolne i numery sekwencyjne pakietów. Odbiorca potwierdza otrzymanie pakietów o określonych numerach sekwencyjnych ustawiając flagę ACK. Brakujące pakiety są retransmitowane. Host odbierający pakiety TCP defragmentuje je i porządkuje je według numerów sekwencyjnych tak, by przekazać wyższym warstwom modelu OSI pełen złożony segment.

[edytuj] Zakończenie połączenia

Prawidłowe zakończenie połączenia może być zainicjowane przez dowolną stronę. Polega ono na wysłaniu pakietu z ustawioną flagą FIN (finished). Pakiet taki wymaga potwierdzenia flagą ACK. Najczęściej po otrzymaniu pakietu z flagą FIN, druga strona również kończy komunikację wysyłając pakiet z flagami FIN i ACK. Pakiet taki również wymaga potwierdzenia przez przesłanie ACK.

Dopuszcza się również awaryjne przerwanie połączenia poprzez przesłanie pakietu z flagą RST (reset). Pakiet taki nie wymaga potwierdzenia.

[edytuj] Stany połączenia

Połączenie TCP może znajdować się w jednym z następujących stanów:

LISTEN 

Gotowość do przyjęcia połączenia na określonym porcie przez serwer.

SYN-SENT 

Pierwsza faza nawiązywania połączenia przez klienta. Wysłano pakiet z flagą SYN. Oczekiwanie na pakiet SYN+ACK.

SYN-RECEIVED 

Otrzymano pakiet SYN, wysłano SYN+ACK. Trwa oczekiwanie na ACK. Połączenie jest w połowie otwarte (ang. half-open).

ESTABLISHED 

Połączenie zostało prawidłowo nawiązane. Prawdopodobnie trwa transmisja.

FIN-WAIT-1 

Wysłano pakiet FIN. Dane wciąż mogą być odbierane ale wysyłanie jest już niemożliwe.

FIN-WAIT-2 

Otrzymano potwierdzenie własnego pakietu FIN. Oczekuje na przesłanie FIN od serwera.

CLOSE-WAIT 

Otrzymano pakiet FIN, wysłano ACK. Oczekiwanie na przesłanie własnego pakietu FIN (gdy aplikacja skończy nadawanie).

CLOSING 

Połączenie jest zamykane.

LAST-ACK 

Otrzymano i wysłano FIN. Trwa oczekiwanie na ostatni pakiet ACK.

TIME-WAIT 

Oczekiwanie w celu upewnienia się, że druga strona otrzymała potwierdzenie rozłączenia. Zgodnie z RFC 793 połączenie może być w stanie TIME-WAIT najdłużej przez 4 minuty.

CLOSED 

Połączenie jest zamknięte.

[edytuj] Nagłówek TCP

Port nadawcy – 16-bitowy numer identyfikujący port nadawcy.

Port odbiorcy – 16-bitowy numer identyfikujący port odbiorcy.

Numer sekwencyjny – 32-bitowy identyfikator określający miejsce pakietu danych w pliku przed fragmentacją (dzięki niemu, można "poskładać" plik z poszczególnych pakietów).

Numer potwierdzenia – 32-bitowy numer będący potwierdzeniem otrzymania pakietu przez odbiorcę, co pozwala na synchronizację nadawanie-potwierdzenie.

Długość nagłówka – 4-bitowa liczba, która oznacza liczbę 32-bitowych wierszy nagłówka, co jest niezbędne przy określaniu miejsca rozpoczęcia danych. Dlatego też nagłówek może mieć tylko taką długość, która jest wielokrotnością 32 bitów.

Zarezerwowane – 4-bitowy ciąg zer, zarezerwowany dla ewentualnego przyszłego użytku.

Flagi 8-bitowa informacja/polecenie dotyczące bieżącego pakietu. Poszczególne flagi oznaczają:

• CWR – (ang. Congestion Window Reduced) flaga potwierdzająca odebranie powiadomienia przez nadawcę, umożliwia odbiorcy zaprzestanie wysyłania echa.
• ECE – (ang. ECN-Echo) flaga ustawiana przez odbiorcę w momencie otrzymania pakietu z ustawioną flagą CE
• URG – informuje o istotności pola "Priorytet"
• ACK – informuje o istotności pola "Numer potwierdzenia"
• PSH – wymusza przesłanie pakietu
• RST – resetuje połączenie (wymagane ponowne uzgodnienie sekwencji)
• SYN – synchronizuje kolejne numery sekwencyjne
• FIN – oznacza zakończenie przekazu danych

Szerokość okna – 16-bitowa informacja o tym, ile danych może aktualnie przyjąć odbiorca. Wartość 0 wskazuje na oczekiwanie na segment z innym numerem tego pola. Jest to mechanizm zabezpieczający komputer nadawcy przed zbyt dużym napływem danych.

Suma kontrolna – 16-bitowa liczba, będąca wynikiem działań na bitach całego pakietu, pozwalająca na sprawdzenie tego pakietu pod względem poprawności danych.

Wskaźnik priorytetu – jeżeli flaga URG jest włączona, informuje o ważności pakietu.

Opcje – czyli ewentualne dodatkowe informacje i polecenia:

• 0 – koniec listy opcji
• 1 – brak działania
• 2 – ustawia maksymalna długość segmentu

W przypadku opcji 2 to tzw. Uzupełnienie, które dopełnia zerami długość segmentu do wielokrotności 32 bitów (patrz: informacja o polu "Długość nagłówka")

[edytuj] Zastosowania

Aplikacje, w których zalety TCP przeważają nad wadami (większy koszt związany z utrzymaniem sesji TCP przez stos sieciowy), to m.in. programy używające protokołów warstwy aplikacji: HTTP, SSH, FTP czy SMTP/POP3 i IMAP4.

[edytuj] Zobacz też

• ICMP
• UDP
• IP
• porty protokołu
• RTP
• SCTP
• problem bizantyjskich generałów

[edytuj] Linki zewnętrzne

• RFC 793: Transmission Control Protocol
• RFC 1323: Rozszerzenia TCP
• Opis protokołu TCP w języku angielskim