Jak działa protokół TCP?

TCP (Transmission Control Protocol) jest protokołem warstwy transportowej, zapewniającym niezawodną, połączeniową dostawę danych.

Kluczowe aspekty działania:

1. Uchwyt trójstronny (Three-way Handshake):

   • Klient wysyła pakiet SYN (Synchronize) z początkowym numerem sekwencji (ISN).
   • Serwer otrzymuje SYN, wysyła SYN-ACK (Synchronize-Acknowledge) zawierający swój ISN i potwierdzenie (ACK) ISN klienta (numer potwierdzenia = client ISN + 1).
   • Klient otrzymuje SYN-ACK, wysyła ACK potwierdzający ISN serwera (numer potwierdzenia = server ISN + 1).
   • Połączenie jest ustanowione, można przesyłać dane.

2. Strumieniowa transmisja danych: Dane są przesyłane jako ciągły strumień bajtów, a nie jako oddzielne pakiety. TCP segmentuje strumień danych na segmenty do przesłania.

3. Numeracja sekwencji (Sequence Numbers): Każdy bajt w strumieniu danych ma unikalny numer. Segmenty zawierają numer pierwszego bajtu, który zawierają (numer sekwencji), oraz numer potwierdzenia (acknowledgement number), wskazujący na następny bajt, którego oczekuje nadawca.

4. Potwierdzenia (Acknowledgements - ACK): Odbiorca wysyła ACK, aby poinformować nadawcę, które dane zostały pomyślnie odebrane. Jeśli nadawca nie otrzyma ACK w określonym czasie (timeout), ponownie wysyła segment.

5. Kontrola błędów (Error Control): Sumy kontrolne (checksums) są używane do sprawdzania integralności danych. Jeśli segment jest uszkodzony, jest odrzucany, a nadawca oczekuje na timeout lub duplikat ACK, aby ponownie wysłać.

6. Kontrola przepływu (Flow Control): Mechanizm zapobiegający przeciążeniu bufora odbiorcy. Odbiorca informuje nadawcę o rozmiarze swojego okna odbioru w pakietach ACK. Nadawca może wysłać tylko tyle danych, ile wskazuje okno.

7. Kontrola przeciążenia (Congestion Control): Mechanizm do określenia dostępnej przepustowości sieci i dynamicznego regulowania szybkości przesyłania danych, aby uniknąć przeciążenia. Zawiera algorytmy takie jak slow start, congestion avoidance, fast retransmit i fast recovery.

8. Zamykanie połączenia: Zazwyczaj używa się czterowstopniowego uścisku dłoni:

   • Jedna strona wysyła pakiet FIN (Finish).
   • Druga strona wysyła ACK dla FIN.
   • Druga strona wysyła własny FIN (po zakończeniu przesyłania swoich pozostałych danych).
   • Pierwsza strona wysyła ACK dla tego FIN.
   • Połączenie jest zamknięte.

Struktura segmentu TCP:

Pole	Rozmiar (bajty)	Opis
Port źródłowy	2	Port nadawcy
Port docelowy	2	Port odbiorcy
Numer sekwencji	4	Numer pierwszego bajtu w segmencie
Numer potwierdzenia	4	Numer następnego oczekiwanego bajtu
Offset danych / Długość nagłówka	4 bity	Długość nagłówka TCP
Zarezerwowane	6 bitów	Zarezerwowane
Flagi (Bity kontrolne)	6 bitów	URG, ACK, PSH, RST, SYN, FIN
Rozmiar okna	2	Rozmiar okna odbiorcy
Suma kontrolna	2	Suma kontrolna nagłówka i danych
Wskaźnik pilny	2	Wskazuje na dane pilne (jeśli URG ustawione)
Opcje	Zmienna	Dodatkowe opcje
Wypełnienie (Padding)	Zmienna	Do wyrównania nagłówka
Dane	Zmienna	Przesyłane dane

// Flagi (Bity kontrolne):
// URG: Pole wskaźnika pilnego jest istotne
// ACK: Pole potwierdzenia jest istotne
// PSH: Funkcja push
// RST: Reset połączenia
// SYN: Synchronizacja numerów sekwencji
// FIN: Brak więcej danych od nadawcy