TCP-IP крупным планом
TCP заголовок.
Рисунок 17.2 TCP заголовок.
Каждый TCP сегмент содержит номер порта (port number) источника и назначения, с помощью которых идентифицируются отправляющее и принимающее приложения. Эти два значения вместе с IP адресом источника и назначения в IP заголовке уникально идентифицируют каждое соединение.
Комбинация IP адреса и номера порта иногда называется сокетом (socket) . Этот термин появился в исходной спецификации TCP (RFC 793), а позднее стал использоваться в качестве имени программного интерфейса Berkeley (глава 1, раздел "Интерфейсы прикладного программирования"). Эта пара сокетов (содержащая IP адрес клиента, номер порта клиента, IP адрес сервера и номер порта сервера) указывает две конечные точки, которые уникально идентифицируют каждое TCP соединение.
Номер последовательности (sequence number) идентифицирует байт в потоке данных от отправляющего TCP к принимающему TCP. Если мы представим поток байтов, текущий в одном направлении между двумя приложениями, TCP нумерует каждый байт номером последовательности. Номер последовательности представляет собой 32-битное беззнаковое число, которое переходит через 0, по достижению значения 232 - 1.
При установлении нового соединения, взводится флаг SYN. Поле номера последовательности (sequence number field) содержит исходный номер последовательности (ISN - initial sequence number), который выбирается хостом для данного соединения. Номер последовательности первого байта данных, который посылается этим хостом, будет равен ISN плюс один, потому что флаг SYN занимает собой номер последовательности. (Подробно мы опишем, как в действительности устанавливается соединение и как соединение разрывается, в следующей главе, где увидим, что флаг FIN также занимает собой номер последовательности.)
Так как каждый байт, который участвует в обмене, пронумерован, номер подтверждения (acknowledgment number) это следующий номер последовательности, который ожидает получить отправитель подтверждения. Это номер последовательности плюс 1 последнего успешно принятого байта данных. Это поле принимается в рассмотрение, только если флаг ACK (описан ниже) взведен.
Отправка ACK не стоит ничего (это означает, что на подтверждение не тратится сегмент), потому что 32-битное поле номера подтверждения всегда является частью заголовка, так же как и флаг ACK. Мы увидим, что когда соединение установлено, это поле всегда установлено и флаг ACK всегда взведен.
TCP предоставляет для прикладного уровня полнодуплексный сервис. Это означает, что данные могут передаваться в каждом направлении независимо от другого направления. Однако, на каждом конце соединения необходимо отслеживать номер последовательности данных, передаваемых в каждом направлении.
TCP может быть описан как протокол с изменяющимся окном без селективных или отрицательных подтверждений. (Изменение окна, используемое при передаче данных, описано в разделе "Изменение размера окна" главы 20.) Мы сказали, что в TCP нет селективных подтверждений, потому что номер подтверждения в TCP заголовке означает, что отправитель успешно принял, все байты за исключением этого байта. Таким образом, в настоящее время не существует возможности подтвердить отдельно выбранную часть потока данных. Например, если байты 1-1024 приняты нормально, а следующий сегмент содержит байты 2049-3072, принимающий не может подтвердить этот новый сегмент. Все что он может - это послать ACK с номером подтверждения 1025. Также нет никакого смысла посылать отрицательные подтверждения на сегмент. Например, если сегмент с байтами 1025-2048 прибыл, однако была определена ошибка в контрольной сумме, все что может послать принимающий TCP это ACK с номером подтверждения равным 1025. В разделе "Быстрая повторная передача и алгоритм быстрого восстановления" главы 21 мы увидим, как дублированные подтверждения могут помочь определить потерю пакетов.
Длина заголовка (header length) содержит длину заголовка в 32-битных словах. Это объясняется тем, что длина поля опций переменная. С 4-битным полем у TCP есть ограничение на длину заголовка в 60 байт. Без опций, однако, стандартный размер составляет 20 байт.
В TCP заголовке существуют 6 флаговых битов. Один или несколько из них могут быть установлены в единицу в одно и то же время. Здесь мы кратко опишем их использование, а позже опишем каждый флаг более подробно в соответствующих главах.
URG
Указатель срочности (urgent pointer) будет рассмотрен в разделе "Режим срочности (Urgent Mode)" главы 20.
ACK
Номер подтверждения необходимо принять в рассмотрение (acknowledgment).
PSH
Получатель должен передать эти данные приложению как можно скорее (глава 20, раздел "Флаг PUSH").
RST
Сбросить соединение (глава 18, раздел "Сегменты сброса (Reset)").
SYN
Синхронизирующий номер последовательности для установления соединения. Этот следующий флаги описаны в главе 18.
FIN
Отправитель заканчивает посылку данных.Контроль потока данных TCP осуществляется на каждом конце с использованием размера окна (window size) . Это количество байт, начинающееся с указанного в поле номера подтверждения, которое приложение собирается принять. Это 16-битовое поле ограничивает размер окна в 65535 байт. В разделе "Опция масштабирования окна" главы 24 мы увидим, что опция масштабирования окна позволяет изменять это значение, при этом могут быть использованы окна большего размера.
Контрольная сумма (checksum) охватывает собой весь TCP сегмент: TCP заголовок и TCP данные. Это обязательное поле, которое должно быть рассчитано и сохранено отправителем, а затем проверено получателем. Контрольная сумма TCP рассчитывается так же как контрольная сумма UDP, с использованием псевдозаголовка, как описано в разделе "Контрольная сумма UDP" главы 11.
Указатель срочности (urgent pointer) действителен только в том случае, если установлен флаг URG. Этот указатель является положительным смещением, которое должно быть прибавлено к полю номера последовательности сегмента, чтобы получить номер последовательности последнего байта срочных данных. Режим срочности TCP это способ, с помощью которого отправитель передает срочные данные на удаленный конец. Мы рассмотрим эту характеристику в разделе "Режим срочности (Urgent Mode)" главы 20.
Наиболее общее поле опций - это опция максимального размера сегмента (MSS - maximum segment size). На каждом конце соединения эта опция обычно указывается в первом сегменте, с которого начинается обмен (сегмент с установленным флагом SYN, который используется для установления соединения). Она указывает на максимальный размер сегмента, который может быть принят отправителем. Мы опишем опцию MSS более подробно в разделе "Максимальный размер сегмента" главы 18, а некоторые другие опции TCP в главе 24.
На рисунке 17.2 мы видели, что раздел данных в TCP сегменте необязателен. В главе 18 мы увидим, что когда устанавливается соединение или когда соединение разрывается, сегменты содержат только TCP заголовки с возможными опциями. Заголовок без данных также используется, чтобы подтвердить принятые данные, если в этом направлении не надо передавать данные. Также существует несколько случаев тайм-аутов, когда сегмент может быть отправлен без данных.
