Transmission Control Protocol/Segment

Ein 'TCP-Segment besteht aus Header und Nutzlast

Beschreibung

Header

enthält für die Steuerung der Kommunikation erforderliche Daten.
Da das Options-Feld in der Regel nicht genutzt wird, hat ein typischer Header eine Größe von 20 Byte.

Nutzlast

enthält die zu übertragenden Daten.
Die wiederum Protokollinformationen der Anwendungsschicht, wie HTTP oder FTP, entsprechen können.

Aufbau des Headers

Felder des TCP-Header

Feld	Funktion	Größe
Source Port (Quellport)	Gibt die Portnummer auf der Senderseite an	2 Byte
Destinations Port (Zielport)	Gibt die Portnummer auf der Empfängerseite an.	2 Byte
Sequence Number	Sequenznummer des ersten Daten-Oktett dieses TCP-Segments, dient zur Sortierung Oder die Initialisierungs-Sequenznummer falls das SYN-Flag gesetzt ist	4 Byte
Acknowledgement Number	Gibt die Sequenznummer an, die der Absender dieses TCP-Segments als Nächstes erwartet Sie ist nur gültig, falls das ACK-Flag gesetzt ist.	4 Byte
Data Offset	Gibt die Länge des TCP-Headers in 32-Bit-Blöcken an (ohne Nutzdaten). Hiermit wird die Startadresse der Nutzdaten angezeigt.	4 Bit
Reserved	Ist für zukünftige Verwendungen reserviert. Alle Bit müssen null sein.	4 Bit
Control-Flags	Zweiwertige Variablen mit den Zuständen gesetzt und nicht gesetzt. Kennzeichnung für die wichtigen Zustände der Kommunikation und Weiterverarbeitung der Daten.	8 Bit
(Receive) Window	Ist die Anzahl der Bytes die der Sender dieses TCP-Segments bereit ist zu empfangen. Beginnend bei dem durch das Acknowledgementfeld indizierten Daten-Oktett.	2 Byte
Checksum	Dient zur Erkennung von Übertragungsfehlern. Wird über den TCP-Header, die Daten und einen Pseudo-Header berechnet. Der Header besteht aus Ziel-IP, Quell-IP, TCP-Protokollkennung (0x0006) und der Länge des TCP-Headers inkl. Nutzdaten (in Bytes).	2 Byte
Urgent Pointer	Nur gültig, wenn das URG-Flag gesetzt ist. Die Urgent-Daten beginnen sofort nach dem Header Zusammen mit der Sequenz-Nummer gibt dieser Wert die Position des ersten Bytes nach den Urgent-Daten an.	2 Byte
Options	Unterschiedlich groß und enthält Zusatzinformationen. Müssen ein Vielfaches von 32 Bit lang sein, ansonsten muss mit Nullbits aufefüllt werden (Padding). Ermöglicht Verbindungsdaten auszuhandeln, die nicht im TCP-Header enthalten sind, wie z.B. die Maximalgröße des Nutzdatenfeldes.	0–40 Byte

TCP-Flags

Feld	Funktion	Größe
ECE-Flag (ECN-Echo)	Teilt dem Sender mit, dass das Netzwerk überlastet ist und die Senderate reduziert werden muss. Wird für Explicit Congestion Notification (ECN) benötigt	1 Bit
CRW-Flag (Congestion Window Reduced)	Teilt dem Empfänger mit das die Senderate reduziert wurde. Wird für Explicit Congestion Notification (ECN) benötigt	1 Bit
URG-Flag (Urgent)	Die Daten nach dem Header werden sofort von der Anwendung bearbeitet. Anwendung unterbricht die Datenverarbeitung des aktuellen TCP-Segments und liest alle Bytes nach dem Header bis zu dem Byte, auf das das Urgent-Pointer -Feld zeigt, aus. Kann verwendet werden, um eine Anwendung auf dem Empfänger abzubrechen. In der Regel wird dieses Flag nicht ausgewertet.	1 Bit
ACK-Flag (Acknowledgment)	Hat in Verbindung mit der Acknowledgment-Nummer die Aufgabe, den Empfang von TCP-Segmenten bestätigen. Die Acknowledgment-Nummer ist nur gültig, wenn das Flag gesetzt ist.	1 Bit
PSH-Flag (Push)	Sowohl der ausgehende, als auch der eingehende Puffer wird übergangen. Hilft den Datenstrom von TCP effizienter zu verarbeiten, indem die empfangende Applikation gezielter aufgeweckt werden kann. RFC 1122 & RFC 793	1 Bit
RST-Flag (Reset)	Wird verwendet, wenn eine Verbindung abgebrochen werden soll. z.B. bei technischen Problemen oder zur Abweisung unerwünschter Verbindungen Oder bei nicht geöffneten Ports, es wird kein ICMP-Paket mit „Port Unreachable“ verschickt.	1 Bit
SYN-Flag (Synchronize)	Pakete mit diesem Flag initiieren eine Verbindung. Dient der Synchronisation von Sequenznummern beim Verbindungsaufbau. Server antwortet normalerweise mit SYN+ACK oder RST.	1 Bit
FIN-Flag (Finish)	Schlussflag, dient zur Freigabe der Verbindung, zeigt an, dass keine Daten vom Sender kommen. FIN- und SYN-Flags haben Sequenznummern, damit diese in der richtigen Reihenfolge abgearbeitet werden.	1 Bit

Der TCP-Header im Detail

Sender-Port

16-Bit-Adresse des Quell-Sockets

Empfänger-Port

16-Bit-Adresse des Ziels (Service)  Endpunkte der TCP-Verbindung 

Sequenznummer

32-Bit-Zahl zur Indentifizierung gesendeter Datensegmente

Quittungsnummer (Achnowledgment Number)
Gibt an bis zu welchem Byte Daten korrekt empfangen wurden, indem der Empfänger übermittelt, welche Byte als nächstes erwartet wird
Länge (Data Offset/Header Length)
Länge des TCP-Kopfes in 32Bit-Worten
Wegen der variablen Länge des Optionsfeldes notwendig

Fenstergröße
Fenstergröße in Byte ab dem bereits bestätigtem Byte
Flusssteuerung
wird vom Host je nach Belastung dynamisch festgelegt
Prüfsumme über
TCP-Paketkopf
Daten
Teile des IP-Paketkopfes (Pseudo-Header)
IP-Quell- und Ziel-Adresse
Protokollnummer (06)
TCP-Segmentlänge
Die Einbeziehung des Pseudo-Headers in die Prüfsumme hilft durch IP falsch zugeteilte Pakete zu erkennen
Der TCP-Header im Detail 4
Urgent-Zeiger
Ergibt zusammen mit der Sequenznummer einen Zeiger auf das Ende von dringenden Daten, die vor den eigentlichen Nutzdaten stehen
Wird nur bei gesetztem URG-Flag gelesen
Optionen
No-Option
Maximum Segment Size (MSS)
Maximale Anzahl von Nutzdaten die ein Host annehmen will oder kann
Wird bei beim Verbindungsaufbau ausgetauscht
Der kleinere Wert wird verwandt
Default ist 536 Byte
End of Option List
Füllzeichen
auf die nächste 32-Bit-Grenze wird mit Nullen aufgefüllt
Nutzdaten
Daten höherer Protokolle (z.B. http)

Flags

Sechs 1-Bit-Felder zur Steuerung der Verbindung
URG
Urgent: Der Urgent-Pointer wird verwand
ACK
Achnowledgement: Die Bestätigung ist gültig
PSH
Push: Daten werden beim Empfänger nicht gepuffert
RST
Reset: Verbindung wird zurückgesetzt (Ungültiges Segment, Hostabsturz oder Verbindungsablehnung)
SYN
Synchronise Sequenze Number: Verbindungsaufbau
FIN
Finish: Verbindungsabbau

Aufbau des TCP-Headers

Allgemeines

Das TCP-Segment besteht immer aus zwei Teilen: dem Header und der Nutzlast (). Die Nutzlast enthält die zu übertragenden Daten, die wiederum Protokollinformationen der Anwendungsschicht, wie HTTP oder FTP, entsprechen können. Der Header enthält für die Kommunikation erforderliche Daten sowie die Dateiformat-beschreibende Information. Den schematischen Aufbau des TCP-Headers kann man in Abbildung 5 sehen. Da das Options-Feld in der Regel nicht genutzt wird, hat ein typischer Header eine Größe von 20 Byte. Die Werte werden in der Byte-Reihenfolge Big-Endian angegeben.

Erläuterung

Vorlage:Lang (Quellport) (2 Byte)

Gibt die Portnummer auf der Senderseite an.

Vorlage:Lang (Zielport) (2 Byte)

Gibt die Portnummer auf der Empfängerseite an.

Vorlage:Lang (4 Byte)

Sequenznummer des ersten Daten-Oktetts (Byte) dieses TCP-Pakets oder die Initialisierungs-Sequenznummer falls das SYN-Flag gesetzt ist. Nach der Datenübertragung dient sie zur Sortierung der TCP-Segmente, da diese in unterschiedlicher Reihenfolge beim Empfänger ankommen können.

Vorlage:Lang (Quittierungsnummer) (4 Byte)

Sie gibt die Sequenznummer an, die der Absender dieses TCP-Segmentes als Nächstes erwartet. Sie ist nur gültig, falls das ACK-Flag gesetzt ist.

Vorlage:Lang (4 Bit)

Länge des TCP-Headers in 32-Bit-Blöcken – ohne die Nutzdaten (Payload). Hiermit wird die Startadresse der Nutzdaten angezeigt.

Reserved (4 Bit)

Das Reserved-Feld ist für zukünftige Verwendungen reserviert. Alle Bit müssen null sein.

Control-Flags (8 Bit)

Sind zweiwertige Variablen mit den möglichen Zuständen gesetzt und nicht gesetzt, die zur Kennzeichnung bestimmter für die Kommunikation und Weiterverarbeitung der Daten wichtiger Zustände benötigt werden. Im Folgenden werden die Flags des TCP-Headers und die von ihrem Zustand abhängigen, auszuführenden Aktionen beschrieben.

CWR und ECE: sind zwei Flags, die für Explicit Congestion Notification (ECN) benötigt werden. Mit gesetztem ECE-Bit (ECN-Echo) teilt der Empfänger dem Sender mit, dass das Netzwerk überlastet ist und die Senderate reduziert werden muss. Hat der Sender das getan, teilt er dies dem Empfänger durch Setzen des CWR-Bit (Vorlage:Lang) mit.
URG: Ist das Urgent-Flag (urgent = dringend) gesetzt, so werden die Daten nach dem Header sofort von der Anwendung bearbeitet. Dabei unterbricht die Anwendung die Verarbeitung der Daten des aktuellen TCP-Segments und liest alle Bytes nach dem Header bis zu dem Byte, auf das das Urgent-Pointer-Feld zeigt, aus. Dieses Verfahren ist fern verwandt mit einem Softwareinterrupt. Dieses Flag kann zum Beispiel verwendet werden, um eine Anwendung auf dem Empfänger abzubrechen. Das Verfahren wird nur äußerst selten benutzt, Beispiele sind die bevorzugte Behandlung von CTRL-C (Abbruch) bei einer Terminalverbindung über rlogin oder telnet.; In der Regel wird dieses Flag nicht ausgewertet.
ACK: Das Acknowledgment-Flag hat in Verbindung mit der Acknowledgment-Nummer die Aufgabe, den Empfang von TCP-Segmenten beim Datentransfer zu bestätigen. Die Acknowledgment-Nummer ist nur gültig, wenn das Flag gesetzt ist.
PSH: RFC 1122 und RFC 793 spezifizieren das Push-Flag so, dass bei gesetztem Flag sowohl der ausgehende, als auch der eingehende Puffer übergangen wird. Da man bei TCP keine Datagramme versendet, sondern einen Datenstrom hat, hilft das PSH-Flag, den Strom effizienter zu verarbeiten, da die empfangende Applikation so gezielter aufgeweckt werden kann und nicht bei jedem eintreffenden Datensegment feststellen muss, dass Teile der Daten noch nicht empfangen wurden, die aber nötig wären, um überhaupt weitermachen zu können.; Hilfreich ist dies, wenn man zum Beispiel bei einer Telnet-Sitzung einen Befehl an den Empfänger senden will. Würde dieser Befehl erst im Puffer zwischengespeichert werden, so würde dieser (stark) verzögert abgearbeitet werden.; Das PSH-Flag kann, abhängig von der TCP-Implementation im Verhalten zu obiger Erklärung abweichen.
RST: Das Reset-Flag wird verwendet, wenn eine Verbindung abgebrochen werden soll. Dies geschieht zum Beispiel bei technischen Problemen oder zur Abweisung unerwünschter Verbindungen (wie etwa nicht geöffneten Ports, hier wird – anders als bei UDP – kein ICMP-Paket mit „Port Unreachable“ verschickt).
SYN: Pakete mit gesetztem SYN-Flag initiieren eine Verbindung. Der Server antwortet normalerweise entweder mit SYN+ACK, wenn er bereit ist, die Verbindung anzunehmen, andernfalls mit RST. Dient der Synchronisation von Sequenznummern beim Verbindungsaufbau (daher die Bezeichnung SYN).
FIN: Dieses Schlussflag (finish) dient zur Freigabe der Verbindung und zeigt an, dass keine Daten mehr vom Sender kommen. Die FIN- und SYN-Flags haben Sequenznummern, damit diese in der richtigen Reihenfolge abgearbeitet werden.

(Receive) Window (2 Byte): Ist – nach Multiplikation mit dem Fensterskalierungsfaktor – die Anzahl der Daten-Oktetts (Bytes), beginnend bei dem durch das Acknowledgementfeld indizierten Daten-Oktett, die der Sender dieses TCP-Pakets bereit ist zu empfangen.
Checksum (2 Byte): Die Prüfsumme dient zur Erkennung von Übertragungsfehlern und wird über den TCP-Header, die Daten und einen Pseudo-Header berechnet. Dieser Header besteht aus der Ziel-IP, der Quell-IP, der TCP-Protokollkennung (0x0006) und der Länge des TCP-Headers inkl. Nutzdaten (in Bytes).
Vorlage:Lang (2 Byte): Zusammen mit der Sequenz-Nummer gibt dieser Wert die Position des ersten Bytes nach den Urgent-Daten im Datenstrom an. Die Urgent-Daten beginnen sofort nach dem Header. Der Wert ist nur gültig, wenn das URG-Flag gesetzt ist.
Options (0–40 Byte): Das Options-Feld ist unterschiedlich groß und enthält Zusatzinformationen. Die Optionen müssen ein Vielfaches von 32 Bit lang sein. Sind sie das nicht, muss mit Nullbits aufgefüllt werden (Vorlage:Lang). Dieses Feld ermöglicht, Verbindungsdaten auszuhandeln, die nicht im TCP-Header enthalten sind, wie zum Beispiel die Maximalgröße des Nutzdatenfeldes.