Transmission Control Protocol

TCP (Transmission Control Protocol) ist ein Netzwerkprotokoll, das definiert, auf welche Art und Weise Daten zwischen Netzwerkkomponenten ausgetauscht werden sollen.

TCP (Transmission Control Protocol)
Familie:	Internetprotokollfamilie
Einsatzgebiet:	Zuverlässiger bidirektionaler Datentransport
Netzwerk-IP-Transportprotokoll:	Hypertext Transfer Protocol (HTTP), Simple Mail Transfer Protocol (SMTP)
Standards:	RFC 793 (1981) RFC 7323 (2014)

Beschreibung

Geschichte

• Entwickelt von Robert E. Kahn und Vinton G. Cerf als Forschungsarbeit.
• Beginn 1973, erste Standardisierung 1981 als RFC 793.
• Danach gab es viele Erweiterungen, diese werden bis heute in RFCs spezifiziert.

Was ist TCP

• Ist ein zuverlässiges, verbindungsorientiertes, paketvermitteltes (nicht paketvermittelnd) Transportprotokoll.
• TCP ermöglicht die Übertragung eines Datenstroms.
• Im Unterschied zum verbindungslosen User Datagram Protokoll (UDP) stellt TCP eine Verbindung zwischen zwei Endpunkten (Sockets) einer Netzverbindung her.
  • Auf dieser Verbindung können in beide Richtungen Daten übertragen werden.

Vorteile

• Netzwerküberlastungskontrolle.
• Zuverlässige Datenübertragung:
  • erkennt verlorene Segmente, doppelte Segmente und fehlerhafte Segmente.

Allgemeines

TCP ist im Prinzip eine Ende-zu-Ende-Verbindung in Vollduplex.

• Kann auch als zwei Halbduplexverbindungen betrachtet werden (Informationsfluss in beide Richtungen (allerdings nicht gleichzeitig)).
• Die Daten in Gegenrichtung können zusätzliche Steuerungsinformationen enthalten.
• Anwendungen, die TCP häufig nutzen, sind zum Beispiel Webbrowser und Webserver.

TCP-Software

• Übernimmt Verbindungsverwaltung sowie die Datenübertragung.
• Netz-Protokollstack des Betriebssystems.
• Anwendungsprogramme nutzen Sockets.

Software-Schnitstelle

• bei Windows in extra einzubindenden Programmbibliotheken („Winsock.dll“ bzw. „wsock32.dll“).
• Linux und andere unixoide Betriebssysteme enthalten einen Socketlayer im Betriebssystemkern (Zugriff über Systemaufrufe).

Header

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

Felder des TCP-Header

Aufbau des TCP-Headers

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 Bits 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

Testfragen

Testfrage 1

Antwort1

Testfrage 2

Antwort2

Testfrage 3

Antwort3

Testfrage 4

Antwort4

Testfrage 5

Antwort5