IP は、到達性を保障しないプロトコルです。
あて先の IP アドレスさえ指定すれば送れます。
また、IP パケットの大きさは可変です。
ただし、大きなパケットは途中で勝手に断片化される場合もあります。
到達性を保障したり、大きなデータを送受信するためには、複数の IP パケットを束ねて、別の決まり事にそって
通信します。これが TCP です。だから、TCP のパケットは同時に IP のパケットでもあります。
IP ヘッダの構造は以下のようになっています。
- version
- header len
- service type
- all the length
パケットのサイズは基本的に 1.5KB でしたが、もっと大きなパケットも
送れるようになっています。これを Jumnbo Frame (ジャンボフレーム) といいます。
TCP のパケットは、以下の要素からなっています。
(大事なものだけ抜き出しました)
- 送信元ポート番号 (16 bit)
- 送信先ポート番号 (16 bit)
- シーケンス番号(32bit): ack は +1, その他は送信したサイズ分だけくわえる。
- 確認応答番号 (32bit) : 受け取ることが期待される、次のシーケンス番号。ACK が on のときのみ有効
- ヘッダ長 (4bit)
- フラグ (urg, ack, psh, rst, syn, fin) 緊急モードなど
- window size
- check sum
- 緊急ポインタ
TCP フラグは、以下のものが定義されている。
パケットの話しをするときは、「SYN」とか「RST」とか言葉が飛び交うから、覚えておきましょう。
例えばSYN パケット(シンパケット)とは、syn フラグが on なパケット、RSTパケット(リセットパケット)とは、RSTフラグが on なパケットです。
- SYN 同期、このフラグが立っていたら、通信開始を意味する
- FIN 通信終了
- RST リセット。このパケットが来ると、"Connection closed by peer"というメッセージが出る
- PSH 受信プロセスにできるだけ早くデータを送る (バッファリングを無効化)
TCP を使ってプログラミングをする時には、ソケット API を用います。
普段プログラムを書くときに目にするのは、以下のような関数 (API) です。
[サーバ側]
socket()
bind()
listen()
accept()
このうち、listen() まではマシン内
[クライアント]
socket()
connect()
[通信]
recv()
send()
TCP も IP のように、データにヘッダを付けて送ります。
[TCP ヘッダ] [TCP データ]
この一つを TCP セグメントと呼びます。
TCP セグメントは、多くの場合 IP パケット一つに対応します。
でも、絶対ではありません。IP パケットは、経路中のルータの都合で
勝手に断片化されてしまう場合があります。
例えば、断片化前がこんな感じだったとします。( 0123456789 がデータです)
[IPヘッダ] [TCP ヘッダ] [01234567890123456789]
断片化によって、この IP パケットは二つに分割されてしまいました。
[IPヘッダ] [TCP ヘッダ] [0123]
[IPヘッダ] [4567890123456789]
この場合、受け取り側ではこの二つの IP パケットを結合して、まず
正しい [TCPヘッダ] + [データ] という構造を復元します。その上で、
ポート番号などの意味を解釈します。
このセグメントの最大値を、MSS と呼びます。
MSS はコネクション確立時に決めて、1 セグメント = 1 パケットになるようにします。
TCP の元々のアイディアは、セグメントが正しい順番で確実に届くことを保障するため、
セグメント一つに対し必ず ACK を送受信します。
でも、これだと効率が悪いので、複数のセグメントに対する ACK をまとめて
返せるようになっています。これがウィンドウです。
ウィンドウサイズは、受信バッファサイズ以下でなければならないため、
希望するウィンドウのサイズを受信側が TCP ヘッダに乗せて送信します。
ウィンドウサイズを書く場所は、全ての TCP ヘッダに存在します。
ウィンドウサイズは通例 1 から始めます (スロースタート)