Transmission Control Protocol

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na: Navigace, Hledání

TCP protokol (Transmission Control Protocol) je jedním ze základních protokolů sady protokolů Internetu, konkrétně představuje transportní vrstvu. Použitím TCP mohou aplikace na počítačích propojených do sítě vytvořit mezi sebou spojení, přes které mohou přenášet data. Protokol garantuje spolehlivé doručování a doručování ve správném pořadí. TCP také rozlišuje data pro vícenásobné, současně běžící aplikace (například webový server a emailový server) běžící na stejném počítači.

TCP podporuje mnoho na internetu populárních aplikačních protokolů a aplikací, včetně WWW, emailu a SSH.

Technický přehled[editovat | editovat zdroj]

TCP je spojově orientovaný protokol pro přenos toku bajtů na transportní vrstvě se spolehlivým doručováním. V současnosti je zdokumentován v IETF RFC 793.

V sadě protokolů Internetu je TCP prostřední vrstvou mezi IP protokolem pod ním a aplikací nad ním. Aplikace ke vzájemné komunikaci využívají spolehlivé spojení na způsob roury, zatímco IP protokol neposkytuje takové streamy ale jen nespolehlivé pakety. TCP používá služby IP protokolu opakovaným odesíláním nespolehlivých paketů při ztrátě paketu zajišťuje spolehlivost a přeuspořádáváním přijatých paketů zajišťuje správné pořadí. Tím TCP plní úlohu transportní vrstvy ve zjednodušeném modelu ISO/OSI počítačové sítě.

Bity 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
0 zdrojový port cílový port
32 číslo sekvence
64 potvrzený bajt
96 offset dat rezervováno příznaky okénko
128 kontrolní součet Urgent Pointer
160 volby (volitelné)
192 volby (pokračování) výplň (do 32)
224  
data
 

Aplikace posílá proud (stream) bajtů TCP protokolu k doručení sítí, TCP rozděluje proud bajtů do přiměřeně velkých segmentů. (Velikost segmentů je určena parametrem MTU (maximum transmission unit) linkové vrstvy sítě, ke které je počítač připojen.) TCP pak předá takto vzniklé pakety IP protokolu k přepravě internetem do TCP modulu na druhé straně TCP spojení. TCP ověří, že se pakety neztratily tím, že každému paketu přidělil pořadové číslo, které se také použije k ověření, že data byla přijata ve správném pořadí.

TCP modul na straně příjemce posílá zpět potvrzení pro pakety které byly úspěšně přijaty. Pokud by se odesilateli potvrzení nevrátilo do rozumné doby (round-trip time, RTT), vypršel by odesilatelův časovač a (pravděpodobně ztracená) data by vyslal znovu.

TCP protokol ověřuje, zda přenesená data nebyla poškozena šumem tím, že před odesláním spočte kontrolní součet, uloží jej do odesílaného paketu a příjemce kontrolní součet vypočte znovu a ověří, že se shodují.

Fungování protokolu v detailu[editovat | editovat zdroj]

Zjednodušený stavový diagram TCP.[1]

TCP porty[editovat | editovat zdroj]

K rozlišení komunikujících aplikací používá TCP protokol čísla portů. Každá strana TCP spojení má přidruženo 16bitové bezznaménkové číslo portu (existuje 65535 portů) přidělené aplikaci. Porty jsou rozčleněny do třech skupin: dobře známé, registrované a dynamické/privátní. Seznam dobře známých portů je přiřazován organizací Internet Assigned Numbers Authority (IANA) a jsou typicky používané systémovými procesy. Dobře známé aplikace běžící jako servery a pasivně přijímající spojení typicky používají tyto porty. Několik příkladů: FTP (port 21 a 20), SMTP (port 25), DNS (port 53) a HTTP (port 80). Registrované porty jsou typicky používané aplikacemi koncových uživatelů při otevírání spojení k serverům jako libovolná čísla zdrojových portů, ale také mohou identifikovat služby. Dynamické/privátní porty mohou být také používány koncovými aplikacemi, ale není to obvyklé.

Navázání a ukončení spojení[editovat | editovat zdroj]

Protože TCP je spojovaná transportní služba, musí se před odesíláním dat navázat spojení mezi klientem a serverem. K tomu slouží trojcestný handshaking (three-way handshake). V průběhu navazování spojení se obě strany dohodnou na číslu sekvence a potvrzovacím čísle. Pro navázání spojení se odesílají datagramy s nastavenými příznaky SYN a ACK.

Jak z názvu vyplývá, navázání spojení probíhá ve třech krocích:

  • Klient odešle na server datagram s nastaveným příznakem SYN a náhodně vygenerovaným číslem sekvence (x), potvrzovací číslo=0.
  • Server odešle klientovi datagram s nastavenými příznaky SYN a ACK, potvrzovací číslo=x+1, číslo sekvence je náhodně vygenerované (y)
  • Klient odešle datagram s nastaveným příznakem ACK, číslo sekvence=x+1, číslo odpovědi=y+1.

Obě strany si pamatují číslo sekvence své i protistrany. Používají se totiž i pro další komunikaci a určují pořadí paketů. Když úspěšně proběhne trojcestný handshaking, je spojení navázáno a zůstane tak až do ukončení spojení. To se může zneužít na SYN flood útok.

Ukončení spojení probíhá podobně jako jeho navázání. Používá se k tomu příznaků FIN a ACK:

  • Klient odešle datagram s nastaveným příznakem FIN
  • Server odpoví datagramem s nastaveným příznakem ACK
  • Server odešle datagram s nastaveným příznakem FIN
  • Klient odpoví s nastaveným příznakem ACK

Teprve po těchto čtyřech krocích je spojení ukončeno.

Vývoj TCP[editovat | editovat zdroj]

Alternativy za TCP[editovat | editovat zdroj]

Pro mnoho aplikací není TCP vhodné. Velkým problémem je (alespoň u normálních implementací), že aplikace po ztrátě jednoho paketu nemůže dostat následující pakety do té doby, dokud není ztracený paket znovu poslán a úspěšně přijat. To způsobuje problémy realtimeovým aplikacím jako streamovaná média (např. internetové rádio), realtimeové multiplayerové hry a VoIP, kde je často užitečnější dostávat data včas, než je dostávat ve správném pořadí a kompletní.

Složitost TCP může být problém také pro vestavěná zařízení (embedded systems). Nejlépe známým příkladem je bootování po síti, které obecně používá TFTP (viz PXE). Navíc pro některé triky, jako je přenos dat mezi dvěma uzly, které jsou oba za NATem (použitím STUN nebo podobných protokolů), je mnohem jednodušší, když vám v cestě nestojí složitý protokol jako TCP.

Tam, kde je TCP nevhodné, se často používá UDP, které poskytuje aplikaci kontrolu/ovládání nad multiplexováním a ověřováním kontrolních součtů. Zato ale UDP neprovádí fragmentaci proudu dat do paketů a zpátky jejich rekonstruování, ani opětovné posílání ztracených paketů. To dovoluje vývojáři aplikace napsat si uvedené funkce tak, jak vyhovuje jeho potřebám nebo je nahradit metodami jako dopředné opravování chyb (forward error correction) nebo interpolace.

SCTP je další IP protokol, který poskytuje spolehlivé, proudově orientované služby nepříliš odlišné od TCP. Je to novější a mnohem složitější protokol než TCP, takže se ještě nedočkal širokého nasazení, ačkoliv je obzvláště navržený k tomu, aby byl používaný v situacích, kdy jsou spolehlivost a téměř real-time ohledy důležité.

Reference[editovat | editovat zdroj]

  1. http://www.medianet.kent.edu/techreports/TR2005-07-22-tcp-EFSM.pdf – detailní stavový diagram TCP (EFSM)

Související články[editovat | editovat zdroj]

Externí odkazy (anglicky)[editovat | editovat zdroj]