Transmission Control Protocol, TCP () — разом із протоколом IP є стрижневим протоколом Інтернету, який дав назву моделі TCP/IP. Протокол призначений для керування передаванням даних у комп'ютерних мережах, працює на транспортному рівні моделі OSI.
На відміну від іншого поширеного протоколу транспортного рівня UDP, TCP забезпечує надійне доправляння даних від хоста-відправника до хоста-отримувача, для цього встановлюється логічний зв'язок між хостами. Таким чином TCP належить до класу протоколів зі встановленим з'єднанням.
TCP отримує потоки даних від протоколів верхніх рівнів OSI-моделі, початковим джерелом яких є протоколи прикладного рівня, такі як HTTP, FTP та інші. Кожний протокол верхнього рівня має свій визначений TCP-порт.
TCP розбиває конкретний потік даних на порції, та додає до кожної з них заголовок з номером послідовності. Отримані таким чином порції даних традиційно називаються TCP-сегментами. Далі кожний сегмент інкапсулюється в IP-пакет і передається через IP-протокол до хоста-отримувача.
Після надходження IP-пакету до хоста-отримувача перевіряється коректність отриманих даних у TCP-сегменті, методом перерахування контрольної суми, та переконується, що попередні сегменти даних також були успішно отримані. Після чого хост-отримувач надсилає запит до хоста-відправника про нову, або повторне передавання порції даних, що одночасно є підтвердженням того, що всі сегменти з номерами послідовності, меншими ніж номер нового запиту, були успішно отримані.
У свою чергу TCP-сегменти деінкапсулюються з IP-пакетів, розміщуються в правильному порядку та з них вилучаються TCP-заголовки. Отриманий таким чином потік даних передається до того протоколу верхнього рівня, з якого первісно надійшли дані на стороні хоста-відправника.
Історія створення Піонером у розробці сучасних комп'ютерних мереж вважається Агентство передових оборонних дослідницьких проектів США, (DARPA, Defense Advanced Research Projects Agency) зі своєю розробкою — мережею ARPANET запущеною у 1969 році.
Появою протоколу вважають 1974 рік, коли інститут інженерів з електротехніки та електроніки опублікував роботу «Протокол для пакетної мережевої комунікації (A Protocol for Packet Network Intercommunication)», авторами якої були Вінтон Серф та Роберт Елліот Кан. У цій праці TCP було абревіатурою від Transmission Control Program (програма керування передаванням).
TCP-сегмент Блок даних (, Protocol data unit) TCP називається сегментом, хоча часто також використовують слово пакет, але таке вживання може вносити плутанину з IP-пакетом.
TCP-сегмент складається із TCP-заголовка і поля Дані (Data), яке називають сегментом даних або пейлодом або .
Стандартний розмір TCP-заголовка — 20 байт, але з використанням опцій розмір може зростати до 60 байт. Як правило, опціями хости обмінюються на етапі встановлення з'єднання.
Розмір сегмента даних (поля даних) визначається опцією MSS (Максимальний розмір сегмента, Maximum segment size) на етапі встановлення з'єднання. Якщо обміну опціями не відбулося, то розмір сегмента даних встановлюється за замовчуванням 536 байт. Розмір сегмента даних тісно пов'язаний з MTU (Максимальний розмір блоку пересилання). Фактично MSS дорівнює MTU з відніманням розміру IP- і TCP-заголовків. Наприклад у сучасній мережі Ethernet MTU дорівнює 1500 байт; тоді оптимальний розмір MSS буде 1460 байтів (1500 мінус 20 байт заголовка IP і 20 байт заголовка TCP).
+ Формат TCP сегмента Октет (Байт) 0 1 2 3 Біт 0 1 2 3 4 5 6 7 8 910111213141516171819202122232425262728293031 0 0 Порт джерела (Source port) Порт призначення (Destination port) 432 Номер послідовності (Sequence number) 864 Номер підтвердження (Acknowledgment number) 12 96 Зміщення даних (Data offset) Зарезервовано (Reserved)0 0 0NSCWRECE<tt>URG</tt>ACKPSHRSTSYNFIN Розмір вікна (Window Size) 16128 Контрольна сума (Checksum) Показник важливості (Urgent pointer)20…56160...448 Опції (Options) необов'язкове, розмір залежно від значення поля «Зміщення даних»20+…<tt>160+… Дані (Data)
Поля заголовка
Порт джерела 0 — 15 біти. Порт джерела (Source port) ідентифікує номер TCP-порту, з якого відправляється сегмент.
Порт призначення 16 — 31 біти. Порт призначення (Destination port) ідентифікує номер TCP-порту, на який відправляється сегмент.
Див. також список номерів TCP- та UDP-портів.
Номер послідовності 32 — 63 біти. Номер послідовності (Sequence number) є числом, що відображає номер першого байту в сегменті надісланих даних від хоста-відправника до хоста-отримувача. Це число є акумулювальним, тобто поточний номер послідовності є сумою номера послідовності попереднього сегмента і кількості даних (в байтах) відправлених у ньому. Використовується для відстежування кількості та правильної послідовності отриманих сегментів даних.
Номер підтвердження 64 — 95 біти. Номер підтвердження (Acknowledgment number) фактично є запитом від хоста отримувача на надіслання нового сегмента даних починаючи зі вказаного номера. З іншого боку, коли хост відправник отримує це повідомлення, він переконується, що всі сегменти даних з номерами послідовності меншими за номер підтвердження були успішно прийняті отримувачем.
Зміщення даних 96 — 99 біти. Зміщення даних (Data offset) 4-бітний номер, який визначає розмір TCP-заголовка в 32-бітових словах. Мінімальний розмір становить 5 (0101) слів, а максимальний — 15 (1111), що є відповідно 20 і 60 байт. Фактично визначає розмір поля Опції (Options) від 0 до 40 байт.
Зарезервовано 100—102 біти, зарезервовані для майбутнього використання і повинні містити нулі (000).
Прапорці (керуючі біти) Це поле містить бітові прапорці, з яких шість основних описані в RFC 793 з 106 по 111 біт, два прапорці додані до заголовка в RFC 3168, розміщуються в 104 і 105 бітах заголовка, в 103 біті знаходиться експериментальний прапорець згідно з RFC 3540. Прапорці вважається встановленими, якщо їх бітове значення є 1.
103 NS — Одноразова сума (Nonce Sum), використовується з метою покращення роботи механізму явного повідомлення про перевантаження (Explicit Congestion Notification, ECN). 104 CWR — Вікно перевантаження зменшено (Congestion Window Reduced), прапорець встановлюється, щоб показати що TCP-сегмент був отриманий зі встановленим полем ECE, іншими словами це є підтвердженням отримання сегмента даних з прапорцем ECE від хоста партнера. 105 ECE — ECN-Ехо (ECN-Echo), поле показує, що відправник підтримує ECN. Основні: 106 URG — Важливість (Urgent), вказує, що TCP-сегмент містить важливі дані. Коли до хоста-отримувача надходить сегмент зі встановленим прапорцем URG, TCP відправляє важливі дані з цього сегмента, які знаходяться завдяки полю покажчик важливості до відповідного протоколу верхнього рівня минаючи чергу і без перевірки успішності надходження попередніх сегментів. 107 ACK — Підтвердження (Acknowledge) успішності отримання TCP-сегмента 108 PSH — Просування (Push), також як і прапорець URG, вказує, на пріоритетність TCP-сегмента. Хост-відправник позачергово надсилає цей сегмент даних через IP-мережу. За аналогією з прапорцем URG, PSH інструктує хост-отримувач, що сегмент даних має бути негайно переданий до прикладного рівня (кінцевого споживача даних). 109 RST — Обривання (Reset) вказує, хосту-отримувачу негайно скинути з'єднання без подальшої взаємодії. Така ситуація наступає у разі, якщо сервер (хост-відправник) не надає послуги визначеного сервісу. Наприклад клієнт (хост-отримувач) запросив у вебсерверa послуги у форматі протоколу HTTPS (TCP-порт 443), але вебсервер надає послуги лише у форматі HTTP (TCP-порт 80). Ця властивість TCP часто використовується хакерами для сканування портів мережі жертви. 110 SYN — Синхронізація (Synchronize) використовується для встановлення з'єднання між хостами при так званому триходовому 111 FIN — Фініш (Finish) вказує на завершення з'єднання.
Розмір вікна 112—127 біти. Розмір вікна () визначає кількість байтів даних, які відправник може надіслати до того, як отримає підтвердження (запит на новий сегмент) від хоста-отримувача На практиці це означає, що хост-відправник може надсилати певну кількість сегментів даних без отримання підтвердження від хоста-отримувача. Розмір вікна TCP вираховує на основі максимальної пропускної здатності () лінії зв'язку між хостами (фактично це є пропускна здатність відрізка шляху з її найгіршим значенням) та загальній затримці (часу потрібному на доставку сегмента) на всьому шляху.
Контрольна сума 128—143 біти. Контрольна сума (Checksum) розраховується на основі усього TCP-сегмента включно із заголовком та важливих полів IP-пакета: IP-адрес хостів відправника та отримувача, (TCP має номер 6) та загального розміру IP-пакету. Контрольна сума забезпечує можливість перевірки цілісності надісланих даних.
Показник важливості 144—159 біти. Покажчик важливості (Urgent pointer). Поле береться до уваги тільки в разі встановленого прапорця URG, та містить значення зміщення відносно номера послідовності сегмента. Фактично це число вказує на позицію в TCP-сегменті де закінчуються важливі дані. Тобто важливі дані знаходяться одразу після TCP-заголовка і закінчуються перед місцем на яке вказує покажчик важливості.
Опції 160—479 біти. Опції (Options) необов'язкове поле, розмір якого визначається в залежності від значення поля зміщення даних та є кратним 8 (одному байту). Кожна опція в свою чергу складається з 3-х полів: Номер (kind) — 1 байт, Довжина (length, вказує на загальний розмір опції в байтах) — 1 байт, Дані (data) в залежності від поля довжина. Опції використовується для обміну додаткових параметрів між хостами з метою покращення функціонування протоколу TCP. Частіше за все це поле включає наступні опції: MSS (Максимальний розмір сегмента, Maximum segment size), RFC 793, номер — 2, довжина — 4. Опція максимальний розмір сегмента визначає максимальний розмір поля Дані в TCP-сегменті тобто кількість даних які можуть бути поміщені в один сегмент при їх передаванні між хостами. Масштабування вікна (Window scale), RFC 7323, номер — 3, довжина — 3, слугує для збільшення значення TCP-вікна, максимальне значення цієї опції є 14. Новий розмір TCP-вікна вираховується по формулі: розмір вікна * 2n, де n є значення опції масштабування вікна. Стандартний максимальний розмір вікна відображається 16-ти бітовим числом, тобто може мати максимальне значення — 65535 (64 Кб), використовуючи опцію масштабування вікна з максимально допустимим значенням 14, отримуємо 65535 * 214 = 65535 * 16384 = 1073725440 (1 Гб). Великі значення TCP-вікна використовуються коли на шляху пакетів із TCP-сегментами зустрічаються WAN-лінки зі значними максимальними пропускними здатностями (bandwidth) та великими затримками (latency). Вибіркові підтвердження (Selective Acknowledgments, SACK), RFC 2018, номер — 2, довжина — від 4 байт — верхня межа варіюється, як правило містить у собі два 2-х байтних поля даних. Мета її введення є покращення ефективності роботи TCP, як відомо TCP для передавання сегментів даних використовує протокол IP, який є протоколом без встановлення з'єднання, тобто доправлення пакетів з TCP-сегментами не є гарантованим, допускається, що частина IP-пакетів може бути втрачена. В свою чергу TCP забезпечує надійне доправляння даних, що базується на механізмі надсилання номерів підтвердження (acknowledgment number). Якщо якийсь сегмент від відправника до отримувача не надійшов у встановлений час то ініціюється повторне передавання починаючи зі втраченого сегмента, навіть якщо TCP-сегменти з номерами послідовності більшими за номер втраченого сегмента були успішно отримані. Механізм вибіркового підтвердження дозволяє ретранслювати лише втрачені сегменти даних, чим суттєво покращує ефективність роботи TCP.