Сидни Фейт - TCP/IP Архитектура, протоколы, реализация (включая IP версии 6 и IP Security)

На рис. 10.14 показан формат сегмента (заголовок TCP и данные). Заголовок начинается с идентификаторов портов источника и назначения. Следующее далее поле порядкового номера (sequence number) указывает позицию в исходящем потоке данных, которую занимает данный сегмент. Поле ACK (подтверждения) содержит сведения о предполагаемом следующем сегменте, который должен появиться во входном потоке данных.

Рис. 10.14.Сегмент TCP

Существуют шесть флагов:

Поле смещения данных (Data Offset) содержит размер заголовка TCP в 32-разрядных словах. Заголовок TCP должен заканчиваться на 32-битной границе.

Параметр "максимальный размер сегмента" (maximum segment size — MSS) применяется для объявления о наибольшем куске данных, который может быть принят и обработан системой. Однако название несколько неточно. Обычно в TCP сегмент рассматривается как заголовок плюс данные. Однако максимальный размер сегмента определяется как:

Размер наибольшей датаграммы, которую можно принять, – 40

Другими словами, MSS отражает наибольшую полезную нагрузку в приемнике при длине заголовков TCP и IP по 20 байт. Если имеются дополнительные параметры, их длину следует вычесть из общего размера. Следовательно, количество данных, которые можно переслать в сегменте, определяется как:

Заявленное значение MSS + 40 – (сумма длин заголовков TCP и IP)

Обычно партнеры обмениваются значениями MSS в начальных сообщениях SYN при открытии соединения. Если система не анонсирует величину максимального размера сегмента, используется значение по умолчанию в 536 байт.

Размер максимального сегмента кодируется 2-байтовой вводной частью со следующим далее 2-байтовым значением, т.е. наибольшая величина будет составлять 2 16-1 (65 535 байт).

MSS накладывает жесткое ограничение на пересылаемые в TCP данные: приемник не сможет обработать большие значения. Однако отправитель использует сегменты меньшего размера, поскольку для соединения определяется еще размер MTU по пути следования.

Первый сегмент, посылаемый для открытия соединения, имеет значение флага SYN, равное 1, и флага ACK — 0. Начальный SYN является единственным сегментом, имеющим поле ACK со значением 0. Отметим, что средства защиты пользуются этим признаком для выявления входных запросов на сеанс TCP.

Поле порядкового номера содержит начальный порядковый номер (initial sequence number), поле окна — начальный размер приемного окна. Единственным определенным на сегодняшний момент параметром TCP является максимальный размер сегмента (когда он не указан, используется значение по умолчанию в 536 байт), который предполагает получать TCP. Это значение занимает 32 бита и обычно присутствует в запросе на соединение в поле вариантов (Option). Длина заголовка TCP, содержащего значение MSS, составляет 24 байта.

В разрешающем ответе на запрос соединения оба флага (SYN и ACK) равны 1. Отвечающая система указывает начальный порядковый номер в соответствующем поле, а размер приемного окна — в поле Window . Максимальный размер сегмента, который желает использовать получатель, обычно находится в ответе на запрос о соединении (в поле вариантов ). Это значение может отличаться от значения запрашивающей соединение стороны, т.е. могут применяться две разные величины.

Запрос на соединение может быть отклонен посредством указания в ответе флага сброса (RST) со значением 1.

Спецификация TCP предполагает, что во время установки соединения каждая из сторон выбирает начальный порядковый номер (по текущему значению 32-разрядного внутреннего таймера). Как это выполняется?

Представим, что произойдет при крахе системы. Предположим, что пользователь открыл соединение как раз перед крахом и отправил небольшое количество данных. После восстановления система уже не помнит ничего из того, что делалось перед крахом, включая уже запущенные соединения и присвоенные номера портов. Пользователь повторно устанавливает соединение. Номера портов не совпадают с первоначальными присваиваниями, и некоторые из них, возможно, уже используются другими соединениями, установленными за несколько секунд до краха.

Поэтому другая сторона в самом конце соединения может не знать о том, что ее партнер прошел через крах и его работа затем была восстановлена. Все это приведет к серьезным сбоям в работе, особенно когда проходит долгое время, пока старые данные не пройдут по сети и не смешаются с данными от вновь созданного соединения. Выбор по таймеру старта с обновлением (fresh start) позволяет исключить подобные проблемы. Старые данные будут иметь иную нумерацию, чем диапазон порядковых номеров нового соединения. Хакеры при фальсификации IP-адреса источника для доверительного хоста пытаются получить доступ к компьютерам с помощью указания в сообщении предсказуемого начального порядкового номера. Криптографическая функция хеширования на основе внутренних ключей служит лучшим способом для выбора защищенных начальных номеров.

При подготовке заголовка TCP к пересылке порядковый номер первого октета передаваемых данных указывается в поле последовательного номера (Sequence Number).

Номер следующего октета, ожидаемого от партнера по соединению, заносится в поле подтверждения (Acknowledgment Number) при установке бита ACK в 1. Поле окна (Window) предназначено для текущего размера приемного окна. В этом поле содержится количество байтов от номера подтверждения, которое можно принять . Отметим, что это значение позволяет точно управлять потоком данных. С помощью этого значения партнер указывает реальное состояние приемного окна в течение сеанса обмена.

Если приложение указывает на операцию выталкивания в TCP, то флаг PUSH устанавливается в 1. Принимающая TCP должна отреагировать на этот флаг быстрой доставкой данных в приложение, как только отправитель захочет их переслать.