Протокол TCP. Протокол Транспортного уровня модели OSI служит для передачи данных между сетевым и прикладным уровнями сетевой модели

Протокол Транспортного уровня модели OSI служит для передачи данных между сетевым и прикладным уровнями сетевой модели. TCP призван обеспечивать надежную, потоковую, ориентированную на соединение службу доставки данных.

TCP пытается оптимизировать пропускную способность сети, то есть увеличивает производительность доставки пакетов в Интернет. Для этого он динамически управляет потоком данных в соединении. Если буфер приемника данных переполняется, TCP просит передающую сторону снизить скорость передачи.

Данные TCP всегда переносит IP, то есть данные TCP всегда упаковываются в IP-дейтаграммы.

Для обеспечения надежной доставки и правильной последовательности данных в потоке TCP пользуется принцип скользящего окна и тайм-аута. Принцип скользящего окна позволяет послать несколько сообщений и только потом ожидать подтверждения. ТСР накладывает окно на поток данных, ожидающих передачи, и передает все данные, попавшие в окно. Приняв подтверждение о доставке всех данных, ТСР перемещает окно дальше по потоку и передает следующие попавшие в него сообщения. Работая сразу с несколькими сообщениями, ТСР может одновременно "выставить" их на сетевой канал и только потом ожидать прихода подтверждения. Метод скользящего окна значительно увеличивает производительность соединения, а также эффективность циклов обмена сообщениями и подтверждениями об их доставке.

0 15	16 31
Порт источника 16 бит	Порт назначения 16 бит
Позиционный номер 32 бита
Квитанция 32 бита
Длина заголовка 4 бита	Резерв 16 бит	U R G A C K P S H R S T S Y N F I N	Размер окна приема 16 бит
Контрольная сумма 16 бит	Указатель границы срочных данных 16 бит
Опции (если таковые имеются)
Данные (если таковые имеются)

Рис.5. Формат заголовка сегмента TCP.

ТСР регулирует полосу пропускания сети, договариваясь с другой стороной о некоторых параметрах данных. Причем процесс регулировки происходит на протяжении всего соединения ТСР. В частности, регулировка заключается в изменении размеров скользящего окна. Если сеть загружена не сильно и вероятность столкновения данных минимальна, ТСР может увеличить размер скользящего окна. При этом скорость выдачи данных на канал увеличивается и соединение становится более эффективным.

Если, наоборот, вероятность столкновения данных велика, ТСР уменьшает размер скользящего окна.

Как правило, модуль ТСР передает несколько сегментов, прежде чем скользящее окно заполнится целиком. Большинство систем в Интернет устанавливают окно равным по умолчанию 4096 байтам. Иногда размер окна равен 8192 или 16384 байтам

Заголовок сегмента TCP представлен на рис.5.Обычно (при отсутствии опций) заголовок имеет размер 20 байтов. Напомним, что передаваемый TCP – сегмент с данными инкапсулируется в IP – дейтаграмму.

Номера портов источника и назначения (source port number и destination port number) идентифицируют взаимодействующие приложения.

Позиционный номер (sequence number) сегмента указывает то место в потоке данных от источника до конечного получателя, которое занимает первый байт содержащихся в этом сегменте данных. В начальном сегменте, посылаемом при установлении соединения, присутствует флаг SYN, а в поле позиционный номер содержится так называемый начальный позиционный номер ISN(initial sequence number), выбранный данным хостом для этого нового соединения. Первому байту данных, переданному хостом по новому соединению, будет присвоен позиционный номер, равный ISN+1. Такой сдвиг в нумерации кратко формулируется правилом: флаг SYN поглощает одну позицию.

В поле квитанция (acknowledgement - ACK) передающей стороне сообщается позиционный номер следующего в потоке данных сегмента, ожидаемого принимающей стороной. Это число всегда на единицу больше номера последнего успешно принятого байта.

Поле размер заголовка (header length) необходимо, поскольку в заголовке далее могут следовать поля опций переменной длины. Записанная в этом поле константа означает число отводимых под заголовок 32-разрядных слов, и, следовательно, длина заголовка не превышает 60 байтов. При отсутствии опций размер заголовка всегда равен 20 байтам.

В TCP-заголовке предусмотрены 6 двоичных флагов (flags), причем некоторые из них могут быть установлены одновременно.

URG – флаг срочных данных. Поле указатель границы срочных данных заголовка имеет смысл только при URG =1

ACK – флаг квитирования. Поле квитанция имеет смысл только при ACK = 1.

PSH – флаг «проталкивания» (push). TCP-модуль хоста назначения должен незамедлительно отдать данные из сегмента своему приложению.

RST – флаг сброса соединения.

SYN – флаг синхронизации позиционных номеров сегментов при установлении соединения.

FIN – флаг окончания передачи. Он означает, что источник сегмента закончил передачу данных и закрывает свой канал вывода в текущем соединении.

Темп передачи потока данных в каждом направлении по TCP-соединению регулируется обеими участвующими в обмене сторонами благодаря тому, что каждая сторона объявляет свой размер окна приема (window size), то есть количество байтов, которое она в данный момент готова принять вслед за байтом, номер которого указан в поле квитанция.

Поле контрольная сумма (TCP – checksum) содержит значение, подсчитанное для всего сегмента, включая его заголовок и данные.

Указатель границы срочных данных (urgent pointer) действует лишь при условии, что в сегменте установлен флаг URG. Это положительная константа, равная смещению номера последнего байта срочных данных относительно позиционного номера в заголовке сегмента. Срочный режим (urgent mode) предусмотрен в TCP, чтобы в поток передаваемых обычных данных приложение могло внедрять цепочки каких-либо особым образом интерпретируемых байтов (например, команд) так, чтобы они были обнаружены и выделены из потока на принимающей стороне.