Поле Checksum служит для повышения надежности. Как и в UDP, оно содержит контрольную сумму заголовка, данных и псевдозаголовка. Но в отличие от UDP псевдозаголовок содержит номер протокола TCP (6), а контрольная сумма является обязательной. Более подробная информация приведена в разделе 6.4.1.

Поле Options предоставляет дополнительные возможности, не покрываемые стандартным заголовком. Существует множество параметров, и некоторые из них широко используются. Они имеют разную длину, кратную 32 битам (лишнее место заполняется нулями), и могут доходить до отметки в 40 байт — максимального размера заголовка TCP. При установлении соединения факультативные поля могут использоваться для того, чтобы договориться с противоположной стороной или просто сообщить ей о характеристиках этого соединения. Существуют поля, сохраняющиеся в течение всего времени жизни соединения. Все факультативные поля имеют формат Тип-Длина-Значение (Type-Length-Value).

С помощью одного из таких полей хост может указать максимальный размер сегмента (Maximum Segment Size, MSS), который он может принять. Чем больше размер, тем выше эффективность, так как при этом снижается удельный вес накладных расходов в виде 20-байтных заголовков, однако не все хосты способны принимать крупные сегменты. Хосты могут сообщить друг другу MSS во время установки соединения. По умолчанию он равен 536 байтам. Все хосты обязаны принимать TCP-сегменты размером 536 + 20 = 556 байт. Для каждого направления можно установить свой MSS.

Для линий с высокой скоростью передачи и/или большой задержкой окно в 64 Кбайт, соответствующее 16-битному полю, оказывается слишком маленьким. Так, на линии OC-12 (со скоростью приблизительно 600 Мбит/с) для вывода полного окна в 64 Кбайт потребуется менее 1 мс. Если время распространения сигнала в оба конца составляет 50 мс (что типично для трансконтинентального оптического кабеля), 98 % времени отправитель будет ждать подтверждения. Больший размер окна мог бы повысить эффективность. Параметр масштаб окна (window scale) позволяет двум хостам договориться о масштабе окна при установке соединения. С его помощью стороны могут сдвигать поле Window size до 14 разрядов влево, расширяя окна до 230 байт (1 Гбайт). Большинство реализаций TCP поддерживают эту возможность.

Для временных меток (timestamps), передаваемых от отправителя к получателю и обратно, существует одноименный параметр. Если во время настройки соединения было решено использовать этот параметр, он добавляется в каждый пакет. Он позволяет получить данные об RTT, необходимые для выявления потери пакетов. Также он используется в качестве логического расширения 32-битного порядкового номера. При высокоскоростном соединении порядковые номера могут проходить полный круг очень быстро, и в результате новые и старые данные будет невозможно отличить. Описанная ранее схема PAWS удаляет сегменты со старыми временными метками, позволяя избежать этой проблемы.

Наконец, с помощью выборочного подтверждения (Selective ACKnowledgement, SACK) получатель может сообщать отправителю диапазоны порядковых номеров доставленных пакетов. Этот параметр является дополнением к Acknowledgement number и используется, если после потери пакета данные все равно были доставлены (возможно, в виде копии). Новые данные не отражены в поле заголовка Acknowledgement number, так как оно содержит только следующий по порядку ожидаемый байт. Благодаря SACK отправитель всегда будет знать, какие данные есть у получателя, и повторит передачу, только если это действительно нужно. SACK описан в RFC 2108 и RFC 2883. В последнее время эта схема используется все чаще. О ее применении при контроле перегрузки мы поговорим в разделе 6.5.10.

6.5.5. Установка TCP-соединения

В TCP соединения устанавливаются с помощью «тройного рукопожатия», как было описано в разделе 6.2.2. Чтобы создать соединение, одна сторона (например, сервер) пассивно ожидает входящего соединения, выполняя примитивы LISTEN и ACCEPT с указанием конкретного источника либо без него.

Другая сторона (например, клиент) выполняет примитив CONNECT, сообщая IP-адрес и порт, с которым она хочет установить соединение, максимальный размер TCP-сегмента, который она может принять, и, по желанию, некоторые данные пользователя (например, пароль). CONNECT отправляет TCP-сегмент с установленным битом SYN и сброшенным битом ACK и ждет ответа от другой стороны.

Когда этот сегмент приходит по назначению, TCP-подсистема проверяет, выполнил ли какой-нибудь процесс примитив LISTEN, указав в качестве параметра тот же порт, который содержится в поле Destination port. Если такого процесса нет, она отвечает отправкой сегмента с установленным битом RST для отказа от соединения.

Если какой-то процесс прослушивает указанный порт, то TCP-сегмент передается этому процессу. Он может принять соединение или отказаться от него. Если процесс принимает соединение, он отвечает подтверждением. Последовательность TCP-сегментов, отправляемых в обычном случае, показана на илл. 6.37 (а). Обратите внимание, что сегмент с установленным битом SYN занимает 1 байт пространства порядковых номеров, что позволяет избежать неоднозначности в их подтверждениях.

Илл. 6.37. (а) Установка TCP-соединения в обычном случае. (б) Одновременная установка соединения обеими сторонами

Когда два хоста одновременно пытаются установить соединение друг с другом, то события происходят в иной последовательности (см. илл. 6.37 (б)). В результате будет установлено только одно соединение, а не два, так как соединения идентифицируются по паре конечных точек. То есть если они оба обозначают себя с помощью пары (x, y), делается всего одна табличная запись (x, y).