TCP - protokół - Polski Serwis Naukowy

TCP (ang. Transmission Control Protocol) – połączeniowy, niezawodny, strumieniowy protokół komunikacyjny wykorzystywany do przesyłania danych pomiędzy procesami uruchomionymi na różnych maszynach, będący częścią szeroko wykorzystywanego obecnie stosu TCP/IP -korzysta z usług protokołu IP do wysyłania i odbierania danych oraz ich fragmentacji wtedy, gdy jest to konieczne. Protokół TCP operuje w warstwie transportowej modelu OSI. Został opracowany bazując na badaniach Vintona Cerfa oraz Roberta Kahna i jest opisany w dokumencie RFC793.

Post Office Protocol version 3 (POP3) to protokół internetowy z warstwy aplikacji pozwalający na odbiór poczty elektronicznej ze zdalnego serwera do lokalnego komputera poprzez połączenie TCP/IP. Ogromna większość współczesnych internautów korzysta z POP3 do odbioru poczty.
ICMP (ang. Internet Control Message Protocol, internetowy protokół komunikatów kontrolnych) – opisany w RFC 792 protokół warstwy sieciowej OSI/TCP/IP wykorzystywany w diagnostyce sieci oraz trasowaniu. Pełni przede wszystkim funkcję kontroli transmisji w sieci. Jest wykorzystywany w programach ping oraz traceroute.

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.

SMTP (ang. Simple Mail Transfer Protocol) – protokół komunikacyjny opisujący sposób przekazywania poczty elektronicznej w Internecie. Standard został zdefiniowany w dokumencie RFC 821 a następnie zaktualizowany w 2008 roku w dokumencie RFC 5321
FTP (ang. File Transfer Protocol – Protokół Transferu Plików) – protokół typu klient-serwer, który umożliwia przesyłanie plików z serwera i na serwer poprzez sieć TCP/IP. Protokół ten jest zdefiniowany przez IETF w RFC 959.

Nawiązywanie połączenia

three-way handshake

W protokole TCP do nawiązania połączenia pomiędzy dwoma hostami wykorzystywana jest procedura nazwana three-way handshake. W sytuacji normalnej jest ona rozpoczynana, gdy host A chce nawiązać połączenie z hostem B, procedura wygląda następująco:

host A wysyła do hosta B segment SYN wraz z informacją o dolnej wartości numerów sekwencyjnych używanych do numerowania segmentów wysyłanych przez host A (np. 100) a następnie przechodzi w stan SYN-SENT,

host B, po otrzymaniu segmentu SYN, przechodzi w stan SYN-RECEIVED i, jeżeli również chce nawiązać połączenie, wysyła hostowi A segment SYN z informacją o dolnej wartości numerów sekwencyjnych używanych do numerowania segmentów wysyłanych przez host B (np. 300) oraz segment ACK z polem numeru sekwencji ustawionym na wartość o jeden większą niż wartość pola sekwencji pierwszego segmentu SYN hosta A, czyli 101.

host A, po odebraniu segmentów SYN i ACK od hosta B przechodzi w stan ESTABLISHED i wysyła do niego segment ACK potwierdzający odebranie segmentu SYN (numer sekwencji ustawiony na 301)

host B odbiera segment ACK i przechodzi w stan ESTABLISHED

host A może teraz rozpocząć przesyłanie danych

Jeśli host odbierający połączenie nie chce lub nie może odebrać połączenia, powinien odpowiedzieć pakietem z ustawioną flagą RST (reset).

Model TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol) – teoretyczny model warstwowej struktury protokołów komunikacyjnych. Model TCP/IP został stworzony w latach 70. XX wieku w DARPA, aby pomóc w tworzeniu odpornych na atak sieci komputerowych. Potem stał się on podstawą struktury Internetu.
Aplikacja - konkretny ze względu na oferowaną użytkownikom funkcjonalność element oprogramowania użytkowego, które jest podkategorią oprogramowania.

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.

API (ang. Application Programming Interface) — interfejs programowania aplikacji, sposób, w jaki komunikuje się ona z systemem operacyjnym i innymi programami.
Fragmentacja datagramów IP – podział pakietów protokołu IP na fragmenty o długości mniejszej lub równej MTU określonego dla warstwy łącza danego połączenia.

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.

Internet Protocol (IP) – protokół komunikacyjny warstwy sieciowej modelu OSI (warstwy internet w modelu TCP/IP). Używany powszechnie w Internecie i sieciach lokalnych.
Suma kontrolna (ang. checksum) to liczba uzyskana w wyniku sumowania lub wykonania innych operacji matematycznych na przesyłanych danych, przesłana razem z danymi i służąca do sprawdzania poprawności przetwarzanych danych.

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

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.

Nagłówek TCP

Port nadawcy – 16-bitowy numer identyfikujący port nadawcy.

Problem (paradoks) bizantyjskich generałów - zagadnienie rozważane w teorii gier, kryptografii oraz teorii systemów rozproszonych (w tym systemów wieloagentowych).
Oktet – jednostka informacji składająca się z 8 bitów. Dla większości komputerów oktet jest również najmniejszą adresowalną jednostką pamięci, czyli bajtem, przez co pojęcia te często są używane zamiennie. Jednak rozmiar bajtu zależy od architektury konkretnego systemu komputerowego: niektóre starsze maszyny używały większych bajtów, składających się z 9, 10 lub 12 bitów, inne mniejszych – 5-, 6-bitowych. Pojęcie oktetu natomiast zawsze oznacza dokładnie 8 bitów i jest najczęściej spotykane w standardach sieciowych.

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.

Protokoły komunikacyjne to zbiór ścisłych reguł i kroków postępowania, które są automatycznie wykonywane przez urządzenia komunikacyjne w celu nawiązania łączności i wymiany danych. Dzięki temu, że połączenia z użyciem protokołów odbywają się całkowicie automatycznie, typowy użytkownik zwykle nie zdaje sobie sprawy z ich istnienia i nie musi o nich nic wiedzieć.
Port protokołu – pojęcie związane z protokołami używanymi w Internecie do identyfikowania procesów działających na odległych systemach. Jeden z parametrów gniazda.

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.

RTP (ang. Real-time Transport Protocol) – protokół transmisji w czasie rzeczywistym. Pakiet protokołu RTP zawiera informację o typie przesyłanych danych, numer seryjny oraz znacznik czasu. RTP nie gwarantuje jakości usługi (QoS).
SCTP (ang. Stream Control Transmission Protocol) - czyli Protokół Sterowania Transmisją Strumieniową to protokół internetowy zdefiniowany w 2000 roku przez IETF (RFC 2960) a dokładnie przez jej Signaling Transport (SIGTRAN) working group. Jako protokół transmisyjny, SCTP jest bardzo podobny do protokołów TCP i UDP. Zapewnia on działanie takich samych usług jak TCP - zapewnienie wytrzymałego, uporządkowanego transportu informacji z kontrolą zatłoczenia. Podczas gdy TCP jest protokołem strumieniowym przesyłającym pakiety bitów, SCTP służy do przesyłania pakietów z ukształtowanymi wiadomościami.

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")

International Standard Serial Number, ISSN czyli Międzynarodowy Znormalizowany Numer Wydawnictwa Ciągłego – ośmiocyfrowy niepowtarzalny identyfikator wydawnictw ciągłych tradycyjnych oraz elektronicznych. Jest on oparty na podobnej koncepcji jak identyfikator ISBN dla książek, ISAN dla materiałów audio-wideo. Niektóre publikacje wydawane w seriach mają przyporządkowany zarówno numer ISSN, jak i ISBN.
UDP (ang. User Datagram Protocol – Datagramowy Protokół Użytkownika) – jeden z podstawowych protokołów internetowych. Umieszcza się go w warstwie czwartej (transportu) modelu OSI.

czytaj dalej: [2], [3]

w oparciu o Wikipedię (licencja GFDL, CC-BY-SA 3.0, autorzy, historia, edycja)