DCN - Transmission Control Protocol

Transmission Control Protocol (TCP) เป็นหนึ่งในโปรโตคอลที่สำคัญที่สุดของชุด Internet Protocols เป็นโปรโตคอลที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดสำหรับการส่งข้อมูลในเครือข่ายการสื่อสารเช่นอินเทอร์เน็ต

คุณสมบัติ

• TCP เป็นโปรโตคอลที่เชื่อถือได้ นั่นคือผู้รับจะส่งการตอบรับเชิงบวกหรือเชิงลบเกี่ยวกับแพ็กเก็ตข้อมูลไปยังผู้ส่งเสมอเพื่อให้ผู้ส่งมีเบาะแสที่ชัดเจนว่าแพ็กเก็ตข้อมูลไปถึงปลายทางหรือไม่หรือจำเป็นต้องส่งใหม่

• TCP ทำให้แน่ใจว่าข้อมูลไปถึงปลายทางที่ต้องการตามลำดับเดียวกันกับที่ส่ง

• TCP มุ่งเน้นการเชื่อมต่อ TCP ต้องการให้มีการเชื่อมต่อระหว่างจุดระยะไกลสองจุดก่อนที่จะส่งข้อมูลจริง

• TCP มีกลไกการตรวจสอบข้อผิดพลาดและการกู้คืน

• TCP จัดเตรียมการสื่อสารแบบ end-to-end

• TCP ให้การควบคุมการไหลและคุณภาพของบริการ

• TCP ทำงานในโหมดจุดต่อจุดไคลเอ็นต์ / เซิร์ฟเวอร์

• TCP จัดเตรียมเซิร์ฟเวอร์แบบฟูลดูเพล็กซ์กล่าวคือสามารถทำหน้าที่ของทั้งผู้รับและผู้ส่ง

หัวข้อ

ความยาวของส่วนหัว TCP มีความยาวขั้นต่ำ 20 ไบต์และสูงสุด 60 ไบต์

• Source Port (16-bits)  - ระบุพอร์ตต้นทางของกระบวนการแอปพลิเคชันบนอุปกรณ์ส่ง

• Destination Port (16-bits) - ระบุพอร์ตปลายทางของกระบวนการสมัครบนอุปกรณ์รับ

• Sequence Number (32-bits) - ลำดับจำนวนไบต์ข้อมูลของเซ็กเมนต์ในเซสชัน

• Acknowledgement Number (32-bits)  - เมื่อตั้งค่าสถานะ ACK หมายเลขนี้จะมีหมายเลขลำดับถัดไปของไบต์ข้อมูลที่คาดไว้และทำงานเป็นการรับทราบข้อมูลก่อนหน้านี้ที่ได้รับ

• Data Offset (4-bits)  - ฟิลด์นี้หมายถึงทั้งขนาดของส่วนหัว TCP (คำ 32 บิต) และออฟเซ็ตของข้อมูลในแพ็กเก็ตปัจจุบันในส่วน TCP ทั้งหมด

• Reserved (3-bits)  - สงวนไว้สำหรับการใช้งานในอนาคตและทั้งหมดจะถูกตั้งค่าเป็นศูนย์ตามค่าเริ่มต้น

• Flags (1-bit each)

  • NS - Nonce Sum bit ถูกใช้โดยกระบวนการส่งสัญญาณ Explicit Congestion Notification

  • CWR - เมื่อโฮสต์ได้รับแพ็กเก็ตที่มีการตั้งค่าบิต ECE ระบบจะตั้งค่า Congestion Windows Reduced เพื่อรับทราบว่าได้รับ ECE

  • ECE - มีสองความหมาย:

    • ถ้า SYN บิตชัดเจนเป็น 0 ดังนั้น ECE หมายความว่าแพ็คเก็ต IP มีชุดบิต CE (ประสบการณ์ความแออัด)

    • ถ้า SYN bit ถูกตั้งค่าเป็น 1 ECE หมายความว่าอุปกรณ์นั้นสามารถใช้ ECT ได้

  • URG - ระบุว่าช่องตัวชี้เร่งด่วนมีข้อมูลสำคัญและควรได้รับการประมวลผล

  • ACK- แสดงว่าช่องรับทราบมีความสำคัญ ถ้า ACK ถูกล้างเป็น 0 แสดงว่าแพ็กเก็ตไม่มีการตอบรับใด ๆ

  • PSH - เมื่อตั้งค่าแล้วจะเป็นการร้องขอไปยังสถานีรับเพื่อส่งข้อมูล (ทันทีที่มา) ไปยังแอปพลิเคชันรับโดยไม่ต้องบัฟเฟอร์

  • RST - ตั้งค่าสถานะใหม่มีคุณสมบัติดังต่อไปนี้:

    • ใช้เพื่อปฏิเสธการเชื่อมต่อที่เข้ามา

    • ใช้เพื่อปฏิเสธกลุ่ม

    • ใช้เพื่อเริ่มการเชื่อมต่อใหม่

  • SYN - แฟล็กนี้ใช้เพื่อตั้งค่าการเชื่อมต่อระหว่างโฮสต์

  • FIN- แฟล็กนี้ใช้เพื่อปล่อยการเชื่อมต่อและไม่มีการแลกเปลี่ยนข้อมูลอีกหลังจากนั้น เนื่องจากแพ็กเก็ตที่มีแฟล็ก SYN และ FIN มีหมายเลขลำดับจึงประมวลผลตามลำดับที่ถูกต้อง

• Windows Size  - ฟิลด์นี้ใช้สำหรับการควบคุมการไหลระหว่างสองสถานีและระบุจำนวนบัฟเฟอร์ (เป็นไบต์) ที่ผู้รับจัดสรรสำหรับเซ็กเมนต์นั่นคือจำนวนข้อมูลที่ผู้รับคาดหวัง

• Checksum - ฟิลด์นี้ประกอบด้วยการตรวจสอบส่วนหัวข้อมูลและส่วนหัวหลอก

• Urgent Pointer  - ชี้ไปที่ไบต์ข้อมูลเร่งด่วนหากตั้งค่าสถานะ URG เป็น 1

• Options  - อำนวยความสะดวกในตัวเลือกเพิ่มเติมที่ส่วนหัวปกติไม่ครอบคลุม ฟิลด์ตัวเลือกจะอธิบายเป็นคำ 32 บิตเสมอ หากฟิลด์นี้มีข้อมูลน้อยกว่า 32 บิตจะมีการใช้ช่องว่างภายในเพื่อปกปิดบิตที่เหลือเพื่อให้ถึงขอบเขต 32 บิต

ที่อยู่

การสื่อสาร TCP ระหว่างโฮสต์ระยะไกลสองโฮสต์ทำได้โดยใช้หมายเลขพอร์ต (TSAPs) หมายเลขพอร์ตมีตั้งแต่ 0 - 65535 ซึ่งแบ่งออกเป็น:

• พอร์ตระบบ (0 - 1023)
• พอร์ตผู้ใช้ (1024 - 49151)
• พอร์ตส่วนตัว / ไดนามิก (49152 - 65535)

การจัดการการเชื่อมต่อ

การสื่อสาร TCP ทำงานในโมเดลเซิร์ฟเวอร์ / ไคลเอ็นต์ ไคลเอ็นต์เริ่มต้นการเชื่อมต่อและเซิร์ฟเวอร์ยอมรับหรือปฏิเสธ การจับมือสามทางใช้สำหรับการจัดการการเชื่อมต่อ

การจัดตั้ง

ไคลเอนต์เริ่มต้นการเชื่อมต่อและส่งเซ็กเมนต์พร้อมหมายเลขลำดับ เซิร์ฟเวอร์ตอบรับกลับมาพร้อมกับหมายเลขลำดับของตัวเองและ ACK ของเซ็กเมนต์ของไคลเอนต์ซึ่งมากกว่าหมายเลขลำดับของไคลเอนต์ ไคลเอนต์หลังจากได้รับ ACK ของเซ็กเมนต์จะส่งการตอบรับของเซิร์ฟเวอร์

ปล่อย

เซิร์ฟเวอร์และไคลเอนต์อย่างใดอย่างหนึ่งสามารถส่งเซ็กเมนต์ TCP โดยตั้งค่าสถานะ FIN เป็น 1 เมื่อปลายทางการรับตอบกลับโดย ACKnowledging FIN ทิศทางของการสื่อสาร TCP นั้นจะถูกปิดและปล่อยการเชื่อมต่อ

การจัดการแบนด์วิดท์

TCP ใช้แนวคิดเรื่องขนาดหน้าต่างเพื่อรองรับความต้องการในการจัดการแบนด์วิดท์ ขนาดหน้าต่างบอกผู้ส่งที่ปลายระยะไกลจำนวนไบต์ข้อมูลที่แบ่งส่วนผู้รับที่ส่วนท้ายนี้สามารถรับได้ TCP ใช้เฟสเริ่มต้นช้าโดยใช้ขนาดหน้าต่าง 1 และเพิ่มขนาดหน้าต่างแบบเอ็กซ์โปเนนเชียลหลังจากการสื่อสารสำเร็จแต่ละครั้ง

ตัวอย่างเช่นไคลเอนต์ใช้ windows ขนาด 2 และส่งข้อมูล 2 ไบต์ เมื่อการตอบรับของเซ็กเมนต์นี้ได้รับขนาด windows จะเพิ่มเป็นสองเท่าเป็น 4 และส่งต่อไปเซ็กเมนต์ที่ส่งจะมีความยาว 4 ไบต์ข้อมูล เมื่อได้รับการตอบรับส่วนข้อมูล 4 ไบต์ไคลเอ็นต์จะตั้งค่าขนาดหน้าต่างเป็น 8 เป็นต้นไป

หากพลาดการรับทราบกล่าวคือข้อมูลสูญหายในเครือข่ายการส่งผ่านหรือได้รับ NACK ขนาดหน้าต่างจะลดลงเหลือครึ่งหนึ่งและระยะเริ่มต้นที่ช้าจะเริ่มขึ้นอีกครั้ง

การควบคุมข้อผิดพลาดและการควบคุมการไหล

TCP ใช้หมายเลขพอร์ตเพื่อให้ทราบว่าต้องใช้กระบวนการแอปพลิเคชันใดในการส่งมอบเซ็กเมนต์ข้อมูล นอกจากนั้นจะใช้หมายเลขลำดับเพื่อซิงโครไนซ์ตัวเองกับโฮสต์ระยะไกล กลุ่มข้อมูลทั้งหมดจะถูกส่งและรับด้วยหมายเลขลำดับ ผู้ส่งรู้ว่าผู้รับได้รับส่วนข้อมูลสุดท้ายใดเมื่อได้รับ ACK ผู้รับทราบเกี่ยวกับส่วนสุดท้ายที่ส่งโดยผู้ส่งโดยอ้างถึงหมายเลขลำดับของแพ็กเก็ตที่เพิ่งได้รับ

หากหมายเลขลำดับของเซ็กเมนต์ที่เพิ่งได้รับไม่ตรงกับหมายเลขลำดับที่ผู้รับคาดหวังไว้มันจะถูกทิ้งและ NACK จะถูกส่งกลับ หากสองเซ็กเมนต์มาพร้อมกับหมายเลขลำดับเดียวกันค่าการประทับเวลา TCP จะถูกเปรียบเทียบเพื่อทำการตัดสินใจ

มัลติเพล็กซ์

เทคนิคในการรวมสตรีมข้อมูลตั้งแต่สองสตรีมขึ้นไปในหนึ่งเซสชันเรียกว่า Multiplexing เมื่อไคลเอ็นต์ TCP เริ่มต้นการเชื่อมต่อกับเซิร์ฟเวอร์มักจะอ้างถึงหมายเลขพอร์ตที่กำหนดไว้อย่างดีซึ่งระบุกระบวนการแอปพลิเคชัน ไคลเอนต์เองใช้หมายเลขพอร์ตที่สร้างขึ้นแบบสุ่มจากพูลหมายเลขพอร์ตส่วนตัว

การใช้ TCP Multiplexing ไคลเอนต์สามารถสื่อสารกับกระบวนการแอปพลิเคชันที่แตกต่างกันจำนวนมากในเซสชันเดียว ตัวอย่างเช่นไคลเอนต์ร้องขอเว็บเพจซึ่งจะมีข้อมูลประเภทต่างๆ (HTTP, SMTP, FTP เป็นต้น) การหมดเวลาของเซสชัน TCP จะเพิ่มขึ้นและเซสชันจะเปิดไว้เป็นเวลานานขึ้นเพื่อให้โอเวอร์เฮดแฮนด์เชคสามทางสามารถ หลีกเลี่ยง

สิ่งนี้ทำให้ระบบไคลเอนต์สามารถรับการเชื่อมต่อหลายครั้งผ่านการเชื่อมต่อเสมือนเดียว การเชื่อมต่อเสมือนเหล่านี้ไม่ดีสำหรับเซิร์ฟเวอร์หากหมดเวลานานเกินไป

การควบคุมความแออัด

เมื่อข้อมูลจำนวนมากถูกป้อนเข้าสู่ระบบซึ่งไม่สามารถจัดการได้จะเกิดความแออัด TCP ควบคุมความแออัดโดยใช้กลไก Window TCP กำหนดขนาดหน้าต่างเพื่อบอกให้อีกฝ่ายทราบว่าจะส่งส่วนข้อมูลไปเท่าใด TCP อาจใช้อัลกอริทึมสามแบบสำหรับการควบคุมความแออัด:

• การเพิ่มขึ้นของสารเติมแต่งการลดลงแบบทวีคูณ

• เริ่มช้า

• หมดเวลาตอบสนอง

การจัดการตัวจับเวลา

TCP ใช้ตัวจับเวลาประเภทต่างๆเพื่อควบคุมและจัดการงานต่างๆ:

ตัวจับเวลาที่มีชีวิตอยู่:

• ตัวจับเวลานี้ใช้เพื่อตรวจสอบความสมบูรณ์และความถูกต้องของการเชื่อมต่อ

• เมื่อหมดเวลารักษาชีวิตโฮสต์จะส่งโพรบเพื่อตรวจสอบว่ายังมีการเชื่อมต่ออยู่หรือไม่

จับเวลาถอยหลัง:

• ตัวจับเวลานี้รักษาเซสชันข้อมูลที่ส่งไปอย่างมีสถานะ

• หากไม่ได้รับการตอบรับข้อมูลที่ส่งภายในเวลาส่งซ้ำส่วนข้อมูลจะถูกส่งอีกครั้ง

ยังคงจับเวลา:

• เซสชัน TCP สามารถหยุดชั่วคราวโดยโฮสต์ใดก็ได้โดยการส่ง Window Size 0

• ในการดำเนินเซสชันต่อโฮสต์จำเป็นต้องส่งขนาดหน้าต่างพร้อมค่าที่มากกว่า

• หากส่วนนี้ไปไม่ถึงจุดสิ้นสุดทั้งสองอาจรอกันเป็นเวลาไม่สิ้นสุด

• เมื่อตัวจับเวลา Persist หมดลงโฮสต์จะส่งขนาดหน้าต่างอีกครั้งเพื่อแจ้งให้อีกฝ่ายทราบ

• Persist Timer ช่วยหลีกเลี่ยงการชะงักงันในการสื่อสาร

หมดเวลารอ:

• หลังจากปล่อยการเชื่อมต่อแล้วโฮสต์ใดโฮสต์หนึ่งจะรอเวลารอตามกำหนดเวลาเพื่อยุติการเชื่อมต่ออย่างสมบูรณ์

• ทั้งนี้เพื่อให้แน่ใจว่าปลายอีกด้านได้รับการตอบรับคำขอยุติการเชื่อมต่อ

• หมดเวลาได้สูงสุด 240 วินาที (4 นาที)

การกู้คืนความผิดพลาด

TCP เป็นโปรโตคอลที่น่าเชื่อถือมาก ให้หมายเลขลำดับสำหรับแต่ละไบต์ที่ส่งในเซ็กเมนต์ มันจัดเตรียมกลไกป้อนกลับเช่นเมื่อโฮสต์ได้รับแพ็กเก็ตจะถูกผูกไว้กับ ACK ที่แพ็กเก็ตมีหมายเลขลำดับถัดไปที่คาดไว้ (ถ้าไม่ใช่เซ็กเมนต์สุดท้าย)

เมื่อเซิร์ฟเวอร์ TCP ขัดข้องในการสื่อสารระหว่างทางและเริ่มกระบวนการใหม่อีกครั้งระบบจะส่งการออกอากาศ TPDU ไปยังโฮสต์ทั้งหมด จากนั้นโฮสต์สามารถส่งส่วนข้อมูลสุดท้ายซึ่งไม่เคยมีใครรู้เห็นและดำเนินการต่อไป