Компьютерные сети. 6-е изд. - Эндрю Таненбаум

Затем следуют восемь 1-битных флагов. CWR и ECE сообщают о перегрузках сети в случае, если используется явное уведомление о перегрузке (см. RFC 3168). Когда TCP-получатель узнает, что сеть перегружена, он с помощью флага ECE передает TCP-отправителю сигнал ECN-Echo (ECN-эхо), предлагая ему снизить скорость отправки. Уменьшив скорость, TCP-отправитель сообщает об этом TCP-получателю с помощью флага CWR с сигналом Congestion Window Reduced (Окно перегрузки уменьшено), после чего получатель перестает передавать сигнал ECN-Echo. Подробнее о роли ECN и CWR при контроле перегрузки в TCP мы поговорим в разделе 6.5.10.

Бит URG устанавливается в 1 в случае использования поля Urgent pointer (Указатель срочности), где указано байтовое смещение от текущего порядкового номера до срочных данных. Таким образом, в TCP реализуются прерывающие сообщения. Как уже упоминалось, этот метод позволяет отправителю передать получателю сигнал, не вовлекая в это TCP; он используется редко.

Если бит ACK установлен в 1, значит, поле Acknowledgement number действует. Это справедливо для большинства пакетов. Если ACK установлен в 0, значит, сегмент не содержит подтверждения, и поле Acknowledgement number игнорируется.

Бит PSH является, по сути, PUSH-флагом, с помощью которого отправитель вежливо просит получателя доставить данные приложению сразу, а не хранить их в буфере, пока тот не наполнится (получатель может это делать в целях эффективности).

Бит RST используется для внезапного сброса состояния соединения, которое из-за сбоя хоста или по другой причине попало в тупиковую ситуацию. Также он применяется для отказа от неверного сегмента или от попытки создать соединение. Если в сегменте установлен бит RST, это означает проблему.

Бит SYN применяется для установки соединения. У запроса соединения бит SYN = 1, а бит ACK = 0, то есть поле подтверждения не задействовано. Но в ответе на этот запрос подтверждение есть, поэтому значения этих битов таковы: SYN = 1, ACK = 1. Таким образом, бит SYN используется для обозначения как сегмента CONNECTION REQUEST, так и CONNECTION ACCEPTED, а бит ACK — чтобы различать их.

Бит FIN используется для разрыва соединения. Он сообщает, что у отправителя больше нет данных для передачи. Однако, даже закрыв соединение, процесс может продолжать получать данные в течение неопределенного времени. У сегментов с битами FIN и SYN есть порядковые номера, что гарантирует правильный порядок их выполнения.

Управление потоком в TCP осуществляется при помощи раздвижного окна переменного размера. Поле Window size (Размер окна) сообщает, сколько байтов может быть отправлено после подтвержденного байта. Нулевое значение Window size означает, что все байты до Acknowledgement number – 1 включительно пришли, но получатель их еще не обработал, и поэтому остальные байты он пока принять не может. Позже получатель может разрешить дальнейшую передачу, отправив сегмент с таким же значением Acknowledgement number и ненулевым значением Window size.

В главе 3 мы изучали протоколы, в которых подтверждения приема фреймов были связаны с разрешениями на продолжение передачи. Это следствие фиксированного размера раздвижного окна в этих протоколах. В ТСР подтверждения отделены от разрешений на передачу. В сущности, получатель может сказать: «Я получил байты вплоть до k-го, пока что достаточно, спасибо». Такое разделение (а если точнее, окно переменного размера) придает протоколу дополнительную гибкость. Далее мы обсудим его более детально.

Поле Checksum служит для повышения надежности. Как и в UDP, оно содержит контрольную сумму заголовка, данных и псевдозаголовка. Но в отличие от UDP псевдозаголовок содержит номер протокола TCP (6), а контрольная сумма является обязательной. Более подробная информация приведена в разделе 6.4.1.

Поле Options предоставляет дополнительные возможности, не покрываемые стандартным заголовком. Существует множество параметров, и некоторые из них широко используются. Они имеют разную длину, кратную 32 битам (лишнее место заполняется нулями), и могут доходить до отметки в 40 байт — максимального размера заголовка TCP. При установлении соединения факультативные поля могут использоваться для того, чтобы договориться с противоположной стороной или просто сообщить ей о характеристиках этого соединения. Существуют поля, сохраняющиеся в течение всего времени жизни соединения. Все факультативные поля имеют формат Тип-Длина-Значение (Type-Length-Value).

С помощью одного из таких полей хост может указать максимальный размер сегмента (Maximum Segment Size, MSS), который он может принять. Чем больше размер, тем выше эффективность, так как при этом снижается удельный вес накладных расходов в виде 20-байтных заголовков, однако не все хосты способны принимать крупные сегменты. Хосты могут сообщить друг другу MSS во время установки соединения. По умолчанию он равен 536 байтам. Все хосты обязаны принимать TCP-сегменты размером 536 + 20 = 556 байт. Для каждого направления можно установить свой MSS.

Для линий с высокой скоростью передачи и/или большой задержкой окно в 64 Кбайт, соответствующее 16-битному полю, оказывается слишком маленьким. Так, на линии OC-12 (со скоростью приблизительно 600 Мбит/с) для вывода полного окна в 64 Кбайт потребуется менее 1 мс. Если время распространения сигнала в оба конца составляет 50 мс (что типично для трансконтинентального оптического кабеля), 98 % времени отправитель будет ждать подтверждения. Больший размер окна мог бы повысить эффективность. Параметр масштаб окна (window scale) позволяет двум хостам договориться о масштабе окна при установке соединения. С его помощью стороны могут сдвигать поле Window size до 14 разрядов влево, расширяя окна до 230 байт (1 Гбайт). Большинство реализаций TCP поддерживают эту возможность.

Для временных меток (timestamps), передаваемых от отправителя к получателю и обратно, существует одноименный параметр. Если во время настройки соединения было решено использовать этот параметр, он добавляется в каждый пакет. Он позволяет получить данные об RTT, необходимые для выявления потери пакетов. Также он используется в качестве логического расширения 32-битного порядкового номера. При высокоскоростном соединении порядковые номера могут проходить полный круг очень быстро, и в результате новые и старые данные будет невозможно отличить. Описанная ранее схема PAWS удаляет сегменты со старыми временными метками, позволяя избежать этой проблемы.

Наконец, с помощью выборочного подтверждения (Selective ACKnowledgement, SACK) получатель может сообщать отправителю диапазоны порядковых номеров доставленных пакетов. Этот параметр является дополнением к Acknowledgement number и используется, если после потери пакета данные все равно были доставлены (возможно, в виде копии). Новые данные не отражены в поле заголовка Acknowledgement number, так как оно содержит только следующий по порядку ожидаемый байт. Благодаря SACK отправитель всегда будет знать, какие данные есть у получателя, и повторит передачу, только если это действительно нужно. SACK описан в RFC 2108 и RFC 2883. В последнее время эта схема используется все чаще. О ее применении при