home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Handbook of Infosec Terms 2.0 / Handbook_of_Infosec_Terms_Version_2.0_ISSO.iso / text / rfcs / rfc0793.txt < prev    next >
Text File  |  1996-05-07  |  177KB  |  3,211 lines

  1.  
  2.  
  3. RFC: 793                                                                                                                                                                                                                                                                                         TRANSMISSION CONTROL PROTOCOL                                                                                                    DARPA INTERNET PROGRAM                                                               PROTOCOL SPECIFICATION                                                                                                                                             September 1981 
  4.  
  5.  
  6.  
  7.  
  8.  
  9.  
  10.  
  11.  
  12.  
  13.  
  14.  
  15.  
  16.  
  17.                               prepared for                                                     Defense Advanced Research Projects Agency                 Information Processing Techniques Office                          1400 Wilson Boulevard                        Arlington, Virginia  22209 
  18.  
  19.  
  20.  
  21.  
  22.  
  23.  
  24.  
  25.                                    by 
  26.  
  27.                      Information Sciences Institute                    University of Southern California                            4676 Admiralty Way                    Marina del Rey, California  90291 
  28.  
  29.  
  30.  
  31. September 1981                                                                                                      Transmission Control Protocol 
  32.  
  33.  
  34.  
  35.                            TABLE OF CONTENTS 
  36.  
  37.     PREFACE ........................................................ iii 
  38.  
  39. 1.  INTRODUCTION ..................................................... 1 
  40.  
  41.   1.1  Motivation .................................................... 1   1.2  Scope ......................................................... 2   1.3  About This Document ........................................... 2   1.4  Interfaces .................................................... 3   1.5  Operation ..................................................... 3 
  42.  
  43. 2.  PHILOSOPHY ....................................................... 7 
  44.  
  45.   2.1  Elements of the Internetwork System ........................... 7   2.2  Model of Operation ............................................ 7   2.3  The Host Environment .......................................... 8   2.4  Interfaces .................................................... 9   2.5  Relation to Other Protocols ................................... 9   2.6  Reliable Communication ........................................ 9   2.7  Connection Establishment and Clearing ........................ 10   2.8  Data Communication ........................................... 12   2.9  Precedence and Security ...................................... 13   2.10 Robustness Principle ......................................... 13 
  46.  
  47. 3.  FUNCTIONAL SPECIFICATION ........................................ 15 
  48.  
  49.   3.1  Header Format ................................................ 15   3.2  Terminology .................................................. 19   3.3  Sequence Numbers ............................................. 24   3.4  Establishing a connection .................................... 30   3.5  Closing a Connection ......................................... 37   3.6  Precedence and Security ...................................... 40   3.7  Data Communication ........................................... 40   3.8  Interfaces ................................................... 44   3.9  Event Processing ............................................. 52  GLOSSARY ............................................................ 79 
  50.  
  51. REFERENCES .......................................................... 85 
  52.  
  53.  
  54.  
  55.  
  56.  
  57.  
  58.  
  59.  
  60.  
  61.  
  62.  
  63.                                                                 [Page i] 
  64.  
  65.  
  66.                                                           September 1981 Transmission Control Protocol 
  67.  
  68.  
  69.  
  70.  
  71.  
  72.  
  73.  
  74.  
  75.  
  76.  
  77.  
  78.  
  79.  
  80.  
  81.  
  82.  
  83.  
  84.  
  85.  
  86.  
  87.  
  88.  
  89.  
  90.  
  91.  
  92.  
  93.  
  94.  
  95.  
  96.  
  97.  
  98.  
  99.  
  100.  
  101.  
  102.  
  103.  
  104.  
  105.  
  106.  
  107.  
  108.  
  109.  
  110.  
  111.  
  112.  
  113.  
  114.  
  115.  
  116.  
  117.  
  118.  
  119.  
  120.  [Page ii]                                                                
  121.  
  122.  
  123. September 1981                                                                                                      Transmission Control Protocol 
  124.  
  125.  
  126.  
  127.                                 PREFACE 
  128.  
  129.  
  130.  
  131. This document describes the DoD Standard Transmission Control Protocol (TCP).  There have been nine earlier editions of the ARPA TCP specification on which this standard is based, and the present text draws heavily from them.  There have been many contributors to this work both in terms of concepts and in terms of text.  This edition clarifies several details and removes the end-of-letter buffer-size adjustments, and redescribes the letter mechanism as a push function. 
  132.  
  133.                                                            Jon Postel 
  134.  
  135.                                                            Editor 
  136.  
  137.  
  138.  
  139.  
  140.  
  141.  
  142.  
  143.  
  144.  
  145.  
  146.  
  147.  
  148.  
  149.  
  150.  
  151.  
  152.  
  153.  
  154.  
  155.  
  156.  
  157.  
  158.  
  159.  
  160.  
  161.  
  162.  
  163.  
  164.  
  165.  
  166.  
  167.  
  168.  
  169.  
  170.  
  171.                                                                [Page iii] 
  172.  
  173.  
  174.  
  175.  RFC:  793 Replaces: RFC 761 IENs:  129, 124, 112, 81, 55, 44, 40, 27, 21, 5 
  176.  
  177.                      TRANSMISSION CONTROL PROTOCOL 
  178.  
  179.                          DARPA INTERNET PROGRAM                          PROTOCOL SPECIFICATION 
  180.  
  181.  
  182.  
  183.                             1.  INTRODUCTION 
  184.  
  185. The Transmission Control Protocol (TCP) is intended for use as a highly reliable host-to-host protocol between hosts in packet-switched computer communication networks, and in interconnected systems of such networks. 
  186.  
  187. This document describes the functions to be performed by the Transmission Control Protocol, the program that implements it, and its interface to programs or users that require its services. 
  188.  
  189. 1.1.  Motivation 
  190.  
  191.   Computer communication systems are playing an increasingly important   role in military, government, and civilian environments.  This   document focuses its attention primarily on military computer   communication requirements, especially robustness in the presence of   communication unreliability and availability in the presence of   congestion, but many of these problems are found in the civilian and   government sector as well. 
  192.  
  193.   As strategic and tactical computer communication networks are   developed and deployed, it is essential to provide means of   interconnecting them and to provide standard interprocess   communication protocols which can support a broad range of   applications.  In anticipation of the need for such standards, the   Deputy Undersecretary of Defense for Research and Engineering has   declared the Transmission Control Protocol (TCP) described herein to   be a basis for DoD-wide inter-process communication protocol   standardization. 
  194.  
  195.   TCP is a connection-oriented, end-to-end reliable protocol designed to   fit into a layered hierarchy of protocols which support multi-network   applications.  The TCP provides for reliable inter-process   communication between pairs of processes in host computers attached to   distinct but interconnected computer communication networks.  Very few   assumptions are made as to the reliability of the communication   protocols below the TCP layer.  TCP assumes it can obtain a simple,   potentially unreliable datagram service from the lower level   protocols.  In principle, the TCP should be able to operate above a   wide spectrum of communication systems ranging from hard-wired   connections to packet-switched or circuit-switched networks. 
  196.  
  197.                                                                  [Page 1] 
  198.  
  199.  
  200.                                                           September 1981 Transmission Control Protocol Introduction 
  201.  
  202.  
  203.  
  204.   TCP is based on concepts first described by Cerf and Kahn in [1].  The   TCP fits into a layered protocol architecture just above a basic   Internet Protocol [2] which provides a way for the TCP to send and   receive variable-length segments of information enclosed in internet   datagram "envelopes".  The internet datagram provides a means for   addressing source and destination TCPs in different networks.  The   internet protocol also deals with any fragmentation or reassembly of   the TCP segments required to achieve transport and delivery through   multiple networks and interconnecting gateways.  The internet protocol   also carries information on the precedence, security classification   and compartmentation of the TCP segments, so this information can be   communicated end-to-end across multiple networks. 
  205.  
  206.                            Protocol Layering 
  207.  
  208.                         +---------------------+                         |     higher-level    |                         +---------------------+                         |        TCP          |                         +---------------------+                         |  internet protocol  |                         +---------------------+                         |communication network|                         +---------------------+ 
  209.  
  210.                                 Figure 1 
  211.  
  212.   Much of this document is written in the context of TCP implementations   which are co-resident with higher level protocols in the host   computer.  Some computer systems will be connected to networks via   front-end computers which house the TCP and internet protocol layers,   as well as network specific software.  The TCP specification describes   an interface to the higher level protocols which appears to be   implementable even for the front-end case, as long as a suitable   host-to-front end protocol is implemented. 
  213.  
  214. 1.2.  Scope 
  215.  
  216.   The TCP is intended to provide a reliable process-to-process   communication service in a multinetwork environment.  The TCP is   intended to be a host-to-host protocol in common use in multiple   networks. 
  217.  
  218. 1.3.  About this Document 
  219.  
  220.   This document represents a specification of the behavior required of   any TCP implementation, both in its interactions with higher level   protocols and in its interactions with other TCPs.  The rest of this 
  221.  
  222.  [Page 2]                                                                 
  223.  
  224.  
  225. September 1981                                                                                                      Transmission Control Protocol                                                             Introduction 
  226.  
  227.  
  228.  
  229.   section offers a very brief view of the protocol interfaces and   operation.  Section 2 summarizes the philosophical basis for the TCP   design.  Section 3 offers both a detailed description of the actions   required of TCP when various events occur (arrival of new segments,   user calls, errors, etc.) and the details of the formats of TCP   segments. 
  230.  
  231. 1.4.  Interfaces 
  232.  
  233.   The TCP interfaces on one side to user or application processes and on   the other side to a lower level protocol such as Internet Protocol. 
  234.  
  235.   The interface between an application process and the TCP is   illustrated in reasonable detail.  This interface consists of a set of   calls much like the calls an operating system provides to an   application process for manipulating files.  For example, there are   calls to open and close connections and to send and receive data on   established connections.  It is also expected that the TCP can   asynchronously communicate with application programs.  Although   considerable freedom is permitted to TCP implementors to design   interfaces which are appropriate to a particular operating system   environment, a minimum functionality is required at the TCP/user   interface for any valid implementation. 
  236.  
  237.   The interface between TCP and lower level protocol is essentially   unspecified except that it is assumed there is a mechanism whereby the   two levels can asynchronously pass information to each other.   Typically, one expects the lower level protocol to specify this   interface.  TCP is designed to work in a very general environment of   interconnected networks.  The lower level protocol which is assumed   throughout this document is the Internet Protocol [2]. 
  238.  
  239. 1.5.  Operation 
  240.  
  241.   As noted above, the primary purpose of the TCP is to provide reliable,   securable logical circuit or connection service between pairs of   processes.  To provide this service on top of a less reliable internet   communication system requires facilities in the following areas: 
  242.  
  243.     Basic Data Transfer     Reliability     Flow Control     Multiplexing     Connections     Precedence and Security 
  244.  
  245.   The basic operation of the TCP in each of these areas is described in   the following paragraphs. 
  246.  
  247.                                                                  [Page 3] 
  248.  
  249.  
  250.                                                           September 1981 Transmission Control Protocol Introduction 
  251.  
  252.  
  253.  
  254.   Basic Data Transfer: 
  255.  
  256.     The TCP is able to transfer a continuous stream of octets in each     direction between its users by packaging some number of octets into     segments for transmission through the internet system.  In general,     the TCPs decide when to block and forward data at their own     convenience. 
  257.  
  258.     Sometimes users need to be sure that all the data they have     submitted to the TCP has been transmitted.  For this purpose a push     function is defined.  To assure that data submitted to a TCP is     actually transmitted the sending user indicates that it should be     pushed through to the receiving user.  A push causes the TCPs to     promptly forward and deliver data up to that point to the receiver.     The exact push point might not be visible to the receiving user and     the push function does not supply a record boundary marker. 
  259.  
  260.   Reliability: 
  261.  
  262.     The TCP must recover from data that is damaged, lost, duplicated, or     delivered out of order by the internet communication system.  This     is achieved by assigning a sequence number to each octet     transmitted, and requiring a positive acknowledgment (ACK) from the     receiving TCP.  If the ACK is not received within a timeout     interval, the data is retransmitted.  At the receiver, the sequence     numbers are used to correctly order segments that may be received     out of order and to eliminate duplicates.  Damage is handled by     adding a checksum to each segment transmitted, checking it at the     receiver, and discarding damaged segments. 
  263.  
  264.     As long as the TCPs continue to function properly and the internet     system does not become completely partitioned, no transmission     errors will affect the correct delivery of data.  TCP recovers from     internet communication system errors. 
  265.  
  266.   Flow Control: 
  267.  
  268.     TCP provides a means for the receiver to govern the amount of data     sent by the sender.  This is achieved by returning a "window" with     every ACK indicating a range of acceptable sequence numbers beyond     the last segment successfully received.  The window indicates an     allowed number of octets that the sender may transmit before     receiving further permission. 
  269.  
  270.  
  271.  
  272.  
  273.  
  274.  
  275.  
  276. [Page 4]                                                                 
  277.  
  278.  
  279. September 1981                                                                                                      Transmission Control Protocol                                                             Introduction 
  280.  
  281.  
  282.  
  283.   Multiplexing: 
  284.  
  285.     To allow for many processes within a single Host to use TCP     communication facilities simultaneously, the TCP provides a set of     addresses or ports within each host.  Concatenated with the network     and host addresses from the internet communication layer, this forms     a socket.  A pair of sockets uniquely identifies each connection.     That is, a socket may be simultaneously used in multiple     connections. 
  286.  
  287.     The binding of ports to processes is handled independently by each     Host.  However, it proves useful to attach frequently used processes     (e.g., a "logger" or timesharing service) to fixed sockets which are     made known to the public.  These services can then be accessed     through the known addresses.  Establishing and learning the port     addresses of other processes may involve more dynamic mechanisms. 
  288.  
  289.   Connections: 
  290.  
  291.     The reliability and flow control mechanisms described above require     that TCPs initialize and maintain certain status information for     each data stream.  The combination of this information, including     sockets, sequence numbers, and window sizes, is called a connection.     Each connection is uniquely specified by a pair of sockets     identifying its two sides. 
  292.  
  293.     When two processes wish to communicate, their TCP's must first     establish a connection (initialize the status information on each     side).  When their communication is complete, the connection is     terminated or closed to free the resources for other uses. 
  294.  
  295.     Since connections must be established between unreliable hosts and     over the unreliable internet communication system, a handshake     mechanism with clock-based sequence numbers is used to avoid     erroneous initialization of connections. 
  296.  
  297.   Precedence and Security: 
  298.  
  299.     The users of TCP may indicate the security and precedence of their     communication.  Provision is made for default values to be used when     these features are not needed. 
  300.  
  301.      
  302.  
  303.  
  304.  
  305.  
  306.  
  307.  
  308.  
  309.                                                                 [Page 5] 
  310.  
  311.  
  312.                                                           September 1981 Transmission Control Protocol 
  313.  
  314.  
  315.  
  316.  
  317.  
  318.  
  319.  
  320.  
  321.  
  322.  
  323.  
  324.  
  325.  
  326.  
  327.  
  328.  
  329.  
  330.  
  331.  
  332.  
  333.  
  334.  
  335.  
  336.  
  337.  
  338.  
  339.  
  340.  
  341.  
  342.  
  343.  
  344.  
  345.  
  346.  
  347.  
  348.  
  349.  
  350.  
  351.  
  352.  
  353.  
  354.  
  355.  
  356.  
  357.  
  358.  
  359.  
  360.  
  361.  
  362.  
  363.  
  364.  
  365.  
  366.  [Page 6]                                                                 
  367.  
  368.  
  369. September 1981                                                                                                      Transmission Control Protocol 
  370.  
  371.  
  372.  
  373.                              2.  PHILOSOPHY 
  374.  
  375. 2.1.  Elements of the Internetwork System 
  376.  
  377.   The internetwork environment consists of hosts connected to networks   which are in turn interconnected via gateways.  It is assumed here   that the networks may be either local networks (e.g., the ETHERNET) or   large networks (e.g., the ARPANET), but in any case are based on   packet switching technology.  The active agents that produce and   consume messages are processes.  Various levels of protocols in the   networks, the gateways, and the hosts support an interprocess   communication system that provides two-way data flow on logical   connections between process ports. 
  378.  
  379.   The term packet is used generically here to mean the data of one   transaction between a host and its network.  The format of data blocks   exchanged within the a network will generally not be of concern to us. 
  380.  
  381.   Hosts are computers attached to a network, and from the communication   network's point of view, are the sources and destinations of packets.   Processes are viewed as the active elements in host computers (in   accordance with the fairly common definition of a process as a program   in execution).  Even terminals and files or other I/O devices are   viewed as communicating with each other through the use of processes.   Thus, all communication is viewed as inter-process communication. 
  382.  
  383.   Since a process may need to distinguish among several communication   streams between itself and another process (or processes), we imagine   that each process may have a number of ports through which it   communicates with the ports of other processes. 
  384.  
  385. 2.2.  Model of Operation 
  386.  
  387.   Processes transmit data by calling on the TCP and passing buffers of   data as arguments.  The TCP packages the data from these buffers into   segments and calls on the internet module to transmit each segment to   the destination TCP.  The receiving TCP places the data from a segment   into the receiving user's buffer and notifies the receiving user.  The   TCPs include control information in the segments which they use to   ensure reliable ordered data transmission. 
  388.  
  389.   The model of internet communication is that there is an internet   protocol module associated with each TCP which provides an interface   to the local network.  This internet module packages TCP segments   inside internet datagrams and routes these datagrams to a destination   internet module or intermediate gateway.  To transmit the datagram   through the local network, it is embedded in a local network packet. 
  390.  
  391.   The packet switches may perform further packaging, fragmentation, or 
  392.  
  393.                                                                  [Page 7] 
  394.  
  395.  
  396.                                                           September 1981 Transmission Control Protocol Philosophy 
  397.  
  398.  
  399.  
  400.   other operations to achieve the delivery of the local packet to the   destination internet module. 
  401.  
  402.   At a gateway between networks, the internet datagram is "unwrapped"   from its local packet and examined to determine through which network   the internet datagram should travel next.  The internet datagram is   then "wrapped" in a local packet suitable to the next network and   routed to the next gateway, or to the final destination. 
  403.  
  404.   A gateway is permitted to break up an internet datagram into smaller   internet datagram fragments if this is necessary for transmission   through the next network.  To do this, the gateway produces a set of   internet datagrams; each carrying a fragment.  Fragments may be   further broken into smaller fragments at subsequent gateways.  The   internet datagram fragment format is designed so that the destination   internet module can reassemble fragments into internet datagrams. 
  405.  
  406.   A destination internet module unwraps the segment from the datagram   (after reassembling the datagram, if necessary) and passes it to the   destination TCP. 
  407.  
  408.   This simple model of the operation glosses over many details.  One   important feature is the type of service.  This provides information   to the gateway (or internet module) to guide it in selecting the   service parameters to be used in traversing the next network.   Included in the type of service information is the precedence of the   datagram.  Datagrams may also carry security information to permit   host and gateways that operate in multilevel secure environments to   properly segregate datagrams for security considerations. 
  409.  
  410. 2.3.  The Host Environment 
  411.  
  412.   The TCP is assumed to be a module in an operating system.  The users   access the TCP much like they would access the file system.  The TCP   may call on other operating system functions, for example, to manage   data structures.  The actual interface to the network is assumed to be   controlled by a device driver module.  The TCP does not call on the   network device driver directly, but rather calls on the internet   datagram protocol module which may in turn call on the device driver. 
  413.  
  414.   The mechanisms of TCP do not preclude implementation of the TCP in a   front-end processor.  However, in such an implementation, a   host-to-front-end protocol must provide the functionality to support   the type of TCP-user interface described in this document. 
  415.  
  416.  
  417.  
  418.  
  419.  
  420.  [Page 8]                                                                 
  421.  
  422.  
  423. September 1981                                                                                                      Transmission Control Protocol                                                               Philosophy 
  424.  
  425.  
  426.  
  427. 2.4.  Interfaces 
  428.  
  429.   The TCP/user interface provides for calls made by the user on the TCP   to OPEN or CLOSE a connection, to SEND or RECEIVE data, or to obtain   STATUS about a connection.  These calls are like other calls from user   programs on the operating system, for example, the calls to open, read   from, and close a file. 
  430.  
  431.   The TCP/internet interface provides calls to send and receive   datagrams addressed to TCP modules in hosts anywhere in the internet   system.  These calls have parameters for passing the address, type of   service, precedence, security, and other control information. 
  432.  
  433. 2.5.  Relation to Other Protocols 
  434.  
  435.   The following diagram illustrates the place of the TCP in the protocol   hierarchy: 
  436.  
  437.                                             +------+ +-----+ +-----+       +-----+                            |Telnet| | FTP | |Voice|  ...  |     |  Application Level         +------+ +-----+ +-----+       +-----+                                  |   |         |             |                                    +-----+     +-----+       +-----+                                 | TCP |     | RTP |  ...  |     |  Host Level                     +-----+     +-----+       +-----+                                    |           |             |                                    +-------------------------------+                                 |    Internet Protocol & ICMP   |  Gateway Level                  +-------------------------------+                                                |                                                    +---------------------------+                                     |   Local Network Protocol  |    Network Level                    +---------------------------+                       
  438.  
  439.                          Protocol Relationships 
  440.  
  441.                                Figure 2. 
  442.  
  443.   It is expected that the TCP will be able to support higher level   protocols efficiently.  It should be easy to interface higher level   protocols like the ARPANET Telnet or AUTODIN II THP to the TCP. 
  444.  
  445. 2.6.  Reliable Communication 
  446.  
  447.   A stream of data sent on a TCP connection is delivered reliably and in   order at the destination. 
  448.  
  449.  
  450.  
  451.                                                                 [Page 9] 
  452.  
  453.  
  454.                                                           September 1981 Transmission Control Protocol Philosophy 
  455.  
  456.  
  457.  
  458.   Transmission is made reliable via the use of sequence numbers and   acknowledgments.  Conceptually, each octet of data is assigned a   sequence number.  The sequence number of the first octet of data in a   segment is transmitted with that segment and is called the segment   sequence number.  Segments also carry an acknowledgment number which   is the sequence number of the next expected data octet of   transmissions in the reverse direction.  When the TCP transmits a   segment containing data, it puts a copy on a retransmission queue and   starts a timer; when the acknowledgment for that data is received, the   segment is deleted from the queue.  If the acknowledgment is not   received before the timer runs out, the segment is retransmitted. 
  459.  
  460.   An acknowledgment by TCP does not guarantee that the data has been   delivered to the end user, but only that the receiving TCP has taken   the responsibility to do so. 
  461.  
  462.   To govern the flow of data between TCPs, a flow control mechanism is   employed.  The receiving TCP reports a "window" to the sending TCP.   This window specifies the number of octets, starting with the   acknowledgment number, that the receiving TCP is currently prepared to   receive. 
  463.  
  464. 2.7.  Connection Establishment and Clearing 
  465.  
  466.   To identify the separate data streams that a TCP may handle, the TCP   provides a port identifier.  Since port identifiers are selected   independently by each TCP they might not be unique.  To provide for   unique addresses within each TCP, we concatenate an internet address   identifying the TCP with a port identifier to create a socket which   will be unique throughout all networks connected together. 
  467.  
  468.   A connection is fully specified by the pair of sockets at the ends.  A   local socket may participate in many connections to different foreign   sockets.  A connection can be used to carry data in both directions,   that is, it is "full duplex". 
  469.  
  470.   TCPs are free to associate ports with processes however they choose.   However, several basic concepts are necessary in any implementation.   There must be well-known sockets which the TCP associates only with   the "appropriate" processes by some means.  We envision that processes   may "own" ports, and that processes can initiate connections only on   the ports they own.  (Means for implementing ownership is a local   issue, but we envision a Request Port user command, or a method of   uniquely allocating a group of ports to a given process, e.g., by   associating the high order bits of a port name with a given process.) 
  471.  
  472.   A connection is specified in the OPEN call by the local port and   foreign socket arguments.  In return, the TCP supplies a (short) local 
  473.  
  474.  [Page 10]                                                                
  475.  
  476.  
  477. September 1981                                                                                                      Transmission Control Protocol                                                               Philosophy 
  478.  
  479.  
  480.  
  481.   connection name by which the user refers to the connection in   subsequent calls.  There are several things that must be remembered   about a connection.  To store this information we imagine that there   is a data structure called a Transmission Control Block (TCB).  One   implementation strategy would have the local connection name be a   pointer to the TCB for this connection.  The OPEN call also specifies   whether the connection establishment is to be actively pursued, or to   be passively waited for. 
  482.  
  483.   A passive OPEN request means that the process wants to accept incoming   connection requests rather than attempting to initiate a connection.   Often the process requesting a passive OPEN will accept a connection   request from any caller.  In this case a foreign socket of all zeros   is used to denote an unspecified socket.  Unspecified foreign sockets   are allowed only on passive OPENs. 
  484.  
  485.   A service process that wished to provide services for unknown other   processes would issue a passive OPEN request with an unspecified   foreign socket.  Then a connection could be made with any process that   requested a connection to this local socket.  It would help if this   local socket were known to be associated with this service. 
  486.  
  487.   Well-known sockets are a convenient mechanism for a priori associating   a socket address with a standard service.  For instance, the   "Telnet-Server" process is permanently assigned to a particular   socket, and other sockets are reserved for File Transfer, Remote Job   Entry, Text Generator, Echoer, and Sink processes (the last three   being for test purposes).  A socket address might be reserved for   access to a "Look-Up" service which would return the specific socket   at which a newly created service would be provided.  The concept of a   well-known socket is part of the TCP specification, but the assignment   of sockets to services is outside this specification.  (See [4].) 
  488.  
  489.   Processes can issue passive OPENs and wait for matching active OPENs   from other processes and be informed by the TCP when connections have   been established.  Two processes which issue active OPENs to each   other at the same time will be correctly connected.  This flexibility   is critical for the support of distributed computing in which   components act asynchronously with respect to each other. 
  490.  
  491.   There are two principal cases for matching the sockets in the local   passive OPENs and an foreign active OPENs.  In the first case, the   local passive OPENs has fully specified the foreign socket.  In this   case, the match must be exact.  In the second case, the local passive   OPENs has left the foreign socket unspecified.  In this case, any   foreign socket is acceptable as long as the local sockets match.   Other possibilities include partially restricted matches. 
  492.  
  493.  
  494.  
  495.                                                                [Page 11] 
  496.  
  497.  
  498.                                                           September 1981 Transmission Control Protocol Philosophy 
  499.  
  500.  
  501.  
  502.   If there are several pending passive OPENs (recorded in TCBs) with the   same local socket, an foreign active OPEN will be matched to a TCB   with the specific foreign socket in the foreign active OPEN, if such a   TCB exists, before selecting a TCB with an unspecified foreign socket. 
  503.  
  504.   The procedures to establish connections utilize the synchronize (SYN)   control flag and involves an exchange of three messages.  This   exchange has been termed a three-way hand shake [3]. 
  505.  
  506.   A connection is initiated by the rendezvous of an arriving segment   containing a SYN and a waiting TCB entry each created by a user OPEN   command.  The matching of local and foreign sockets determines when a   connection has been initiated.  The connection becomes "established"   when sequence numbers have been synchronized in both directions. 
  507.  
  508.   The clearing of a connection also involves the exchange of segments,   in this case carrying the FIN control flag. 
  509.  
  510. 2.8.  Data Communication 
  511.  
  512.   The data that flows on a connection may be thought of as a stream of   octets.  The sending user indicates in each SEND call whether the data   in that call (and any preceeding calls) should be immediately pushed   through to the receiving user by the setting of the PUSH flag. 
  513.  
  514.   A sending TCP is allowed to collect data from the sending user and to   send that data in segments at its own convenience, until the push   function is signaled, then it must send all unsent data.  When a   receiving TCP sees the PUSH flag, it must not wait for more data from   the sending TCP before passing the data to the receiving process. 
  515.  
  516.   There is no necessary relationship between push functions and segment   boundaries.  The data in any particular segment may be the result of a   single SEND call, in whole or part, or of multiple SEND calls. 
  517.  
  518.   The purpose of push function and the PUSH flag is to push data through   from the sending user to the receiving user.  It does not provide a   record service. 
  519.  
  520.   There is a coupling between the push function and the use of buffers   of data that cross the TCP/user interface.  Each time a PUSH flag is   associated with data placed into the receiving user's buffer, the   buffer is returned to the user for processing even if the buffer is   not filled.  If data arrives that fills the user's buffer before a   PUSH is seen, the data is passed to the user in buffer size units. 
  521.  
  522.   TCP also provides a means to communicate to the receiver of data that   at some point further along in the data stream than the receiver is 
  523.  
  524.  [Page 12]                                                                
  525.  
  526.  
  527. September 1981                                                                                                      Transmission Control Protocol                                                               Philosophy 
  528.  
  529.  
  530.  
  531.   currently reading there is urgent data.  TCP does not attempt to   define what the user specifically does upon being notified of pending   urgent data, but the general notion is that the receiving process will   take action to process the urgent data quickly. 
  532.  
  533. 2.9.  Precedence and Security 
  534.  
  535.   The TCP makes use of the internet protocol type of service field and   security option to provide precedence and security on a per connection   basis to TCP users.  Not all TCP modules will necessarily function in   a multilevel secure environment; some may be limited to unclassified   use only, and others may operate at only one security level and   compartment.  Consequently, some TCP implementations and services to   users may be limited to a subset of the multilevel secure case. 
  536.  
  537.   TCP modules which operate in a multilevel secure environment must   properly mark outgoing segments with the security, compartment, and   precedence.  Such TCP modules must also provide to their users or   higher level protocols such as Telnet or THP an interface to allow   them to specify the desired security level, compartment, and   precedence of connections. 
  538.  
  539. 2.10.  Robustness Principle 
  540.  
  541.   TCP implementations will follow a general principle of robustness:  be   conservative in what you do, be liberal in what you accept from   others. 
  542.  
  543.    
  544.  
  545.  
  546.  
  547.  
  548.  
  549.  
  550.  
  551.  
  552.  
  553.  
  554.  
  555.  
  556.  
  557.  
  558.  
  559.  
  560.  
  561.  
  562.  
  563.  
  564.  
  565.                                                                [Page 13] 
  566.  
  567.  
  568.                                                           September 1981 Transmission Control Protocol 
  569.  
  570.  
  571.  
  572.  
  573.  
  574.  
  575.  
  576.  
  577.  
  578.  
  579.  
  580.  
  581.  
  582.  
  583.  
  584.  
  585.  
  586.  
  587.  
  588.  
  589.  
  590.  
  591.  
  592.  
  593.  
  594.  
  595.  
  596.  
  597.  
  598.  
  599.  
  600.  
  601.  
  602.  
  603.  
  604.  
  605.  
  606.  
  607.  
  608.  
  609.  
  610.  
  611.  
  612.  
  613.  
  614.  
  615.  
  616.  
  617.  
  618.  
  619.  
  620.  
  621.  
  622.  [Page 14]                                                                
  623.  
  624.  
  625. September 1981                                                                                                      Transmission Control Protocol 
  626.  
  627.  
  628.  
  629.                       3.  FUNCTIONAL SPECIFICATION 
  630.  
  631. 3.1.  Header Format 
  632.  
  633.   TCP segments are sent as internet datagrams.  The Internet Protocol   header carries several information fields, including the source and   destination host addresses [2].  A TCP header follows the internet   header, supplying information specific to the TCP protocol.  This   division allows for the existence of host level protocols other than   TCP. 
  634.  
  635.   TCP Header Format 
  636.  
  637.                                          0                   1                   2                   3        0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1     +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+    |          Source Port          |       Destination Port        |    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+    |                        Sequence Number                        |    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+    |                    Acknowledgment Number                      |    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+    |  Data |           |U|A|P|R|S|F|                               |    | Offset| Reserved  |R|C|S|S|Y|I|            Window             |    |       |           |G|K|H|T|N|N|                               |    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+    |           Checksum            |         Urgent Pointer        |    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+    |                    Options                    |    Padding    |    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+    |                             data                              |    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ 
  638.  
  639.                             TCP Header Format 
  640.  
  641.           Note that one tick mark represents one bit position. 
  642.  
  643.                                Figure 3. 
  644.  
  645.   Source Port:  16 bits 
  646.  
  647.     The source port number. 
  648.  
  649.   Destination Port:  16 bits 
  650.  
  651.     The destination port number. 
  652.  
  653.  
  654.  
  655.                                                                 [Page 15] 
  656.  
  657.  
  658.                                                           September 1981 Transmission Control Protocol Functional Specification 
  659.  
  660.  
  661.  
  662.   Sequence Number:  32 bits 
  663.  
  664.     The sequence number of the first data octet in this segment (except     when SYN is present). If SYN is present the sequence number is the     initial sequence number (ISN) and the first data octet is ISN+1. 
  665.  
  666.   Acknowledgment Number:  32 bits 
  667.  
  668.     If the ACK control bit is set this field contains the value of the     next sequence number the sender of the segment is expecting to     receive.  Once a connection is established this is always sent. 
  669.  
  670.   Data Offset:  4 bits 
  671.  
  672.     The number of 32 bit words in the TCP Header.  This indicates where     the data begins.  The TCP header (even one including options) is an     integral number of 32 bits long. 
  673.  
  674.   Reserved:  6 bits 
  675.  
  676.     Reserved for future use.  Must be zero. 
  677.  
  678.   Control Bits:  6 bits (from left to right): 
  679.  
  680.     URG:  Urgent Pointer field significant     ACK:  Acknowledgment field significant     PSH:  Push Function     RST:  Reset the connection     SYN:  Synchronize sequence numbers     FIN:  No more data from sender 
  681.  
  682.   Window:  16 bits 
  683.  
  684.     The number of data octets beginning with the one indicated in the     acknowledgment field which the sender of this segment is willing to     accept. 
  685.  
  686.   Checksum:  16 bits 
  687.  
  688.     The checksum field is the 16 bit one's complement of the one's     complement sum of all 16 bit words in the header and text.  If a     segment contains an odd number of header and text octets to be     checksummed, the last octet is padded on the right with zeros to     form a 16 bit word for checksum purposes.  The pad is not     transmitted as part of the segment.  While computing the checksum,     the checksum field itself is replaced with zeros. 
  689.  
  690.     The checksum also covers a 96 bit pseudo header conceptually 
  691.  
  692.  [Page 16]                                                                
  693.  
  694.  
  695. September 1981                                                                                                      Transmission Control Protocol                                                 Functional Specification 
  696.  
  697.  
  698.  
  699.     prefixed to the TCP header.  This pseudo header contains the Source     Address, the Destination Address, the Protocol, and TCP length.     This gives the TCP protection against misrouted segments.  This     information is carried in the Internet Protocol and is transferred     across the TCP/Network interface in the arguments or results of     calls by the TCP on the IP. 
  700.  
  701.                      +--------+--------+--------+--------+                      |           Source Address          |                      +--------+--------+--------+--------+                      |         Destination Address       |                      +--------+--------+--------+--------+                      |  zero  |  PTCL  |    TCP Length   |                      +--------+--------+--------+--------+ 
  702.  
  703.       The TCP Length is the TCP header length plus the data length in       octets (this is not an explicitly transmitted quantity, but is       computed), and it does not count the 12 octets of the pseudo       header. 
  704.  
  705.   Urgent Pointer:  16 bits 
  706.  
  707.     This field communicates the current value of the urgent pointer as a     positive offset from the sequence number in this segment.  The     urgent pointer points to the sequence number of the octet following     the urgent data.  This field is only be interpreted in segments with     the URG control bit set. 
  708.  
  709.   Options:  variable 
  710.  
  711.     Options may occupy space at the end of the TCP header and are a     multiple of 8 bits in length.  All options are included in the     checksum.  An option may begin on any octet boundary.  There are two     cases for the format of an option: 
  712.  
  713.       Case 1:  A single octet of option-kind. 
  714.  
  715.       Case 2:  An octet of option-kind, an octet of option-length, and                the actual option-data octets. 
  716.  
  717.     The option-length counts the two octets of option-kind and     option-length as well as the option-data octets. 
  718.  
  719.     Note that the list of options may be shorter than the data offset     field might imply.  The content of the header beyond the     End-of-Option option must be header padding (i.e., zero). 
  720.  
  721.     A TCP must implement all options. 
  722.  
  723.                                                                 [Page 17] 
  724.  
  725.  
  726.                                                           September 1981 Transmission Control Protocol Functional Specification 
  727.  
  728.  
  729.  
  730.     Currently defined options include (kind indicated in octal): 
  731.  
  732.       Kind     Length    Meaning       ----     ------    -------        0         -       End of option list.        1         -       No-Operation.        2         4       Maximum Segment Size.        
  733.  
  734.     Specific Option Definitions 
  735.  
  736.       End of Option List 
  737.  
  738.         +--------+         |00000000|         +--------+          Kind=0 
  739.  
  740.         This option code indicates the end of the option list.  This         might not coincide with the end of the TCP header according to         the Data Offset field.  This is used at the end of all options,         not the end of each option, and need only be used if the end of         the options would not otherwise coincide with the end of the TCP         header. 
  741.  
  742.       No-Operation 
  743.  
  744.         +--------+         |00000001|         +--------+          Kind=1 
  745.  
  746.         This option code may be used between options, for example, to         align the beginning of a subsequent option on a word boundary.         There is no guarantee that senders will use this option, so         receivers must be prepared to process options even if they do         not begin on a word boundary. 
  747.  
  748.       Maximum Segment Size 
  749.  
  750.         +--------+--------+---------+--------+         |00000010|00000100|   max seg size   |         +--------+--------+---------+--------+          Kind=2   Length=4 
  751.  
  752.  
  753.  
  754.  
  755.  
  756.  [Page 18]                                                                
  757.  
  758.  
  759. September 1981                                                                                                      Transmission Control Protocol                                                 Functional Specification 
  760.  
  761.  
  762.  
  763.         Maximum Segment Size Option Data:  16 bits 
  764.  
  765.           If this option is present, then it communicates the maximum           receive segment size at the TCP which sends this segment.           This field must only be sent in the initial connection request           (i.e., in segments with the SYN control bit set).  If this           option is not used, any segment size is allowed. 
  766.  
  767.   Padding:  variable 
  768.  
  769.     The TCP header padding is used to ensure that the TCP header ends     and data begins on a 32 bit boundary.  The padding is composed of     zeros. 
  770.  
  771. 3.2.  Terminology 
  772.  
  773.   Before we can discuss very much about the operation of the TCP we need   to introduce some detailed terminology.  The maintenance of a TCP   connection requires the remembering of several variables.  We conceive   of these variables being stored in a connection record called a   Transmission Control Block or TCB.  Among the variables stored in the   TCB are the local and remote socket numbers, the security and   precedence of the connection, pointers to the user's send and receive   buffers, pointers to the retransmit queue and to the current segment.   In addition several variables relating to the send and receive   sequence numbers are stored in the TCB. 
  774.  
  775.     Send Sequence Variables 
  776.  
  777.       SND.UNA - send unacknowledged       SND.NXT - send next       SND.WND - send window       SND.UP  - send urgent pointer       SND.WL1 - segment sequence number used for last window update       SND.WL2 - segment acknowledgment number used for last window                 update       ISS     - initial send sequence number 
  778.  
  779.     Receive Sequence Variables 
  780.  
  781.       RCV.NXT - receive next       RCV.WND - receive window       RCV.UP  - receive urgent pointer       IRS     - initial receive sequence number 
  782.  
  783.  
  784.  
  785.  
  786.  
  787.                                                                 [Page 19] 
  788.  
  789.  
  790.                                                           September 1981 Transmission Control Protocol Functional Specification 
  791.  
  792.  
  793.  
  794.   The following diagrams may help to relate some of these variables to   the sequence space. 
  795.  
  796.   Send Sequence Space 
  797.  
  798.                    1         2          3          4                     ----------|----------|----------|----------                       SND.UNA    SND.NXT    SND.UNA                                                   +SND.WND         
  799.  
  800.         1 - old sequence numbers which have been acknowledged           2 - sequence numbers of unacknowledged data                     3 - sequence numbers allowed for new data transmission          4 - future sequence numbers which are not yet allowed   
  801.  
  802.                           Send Sequence Space 
  803.  
  804.                                Figure 4.           
  805.  
  806.   The send window is the portion of the sequence space labeled 3 in   figure 4. 
  807.  
  808.   Receive Sequence Space 
  809.  
  810.                        1          2          3                          ----------|----------|----------                            RCV.NXT    RCV.NXT                                             +RCV.WND         
  811.  
  812.         1 - old sequence numbers which have been acknowledged           2 - sequence numbers allowed for new reception                  3 - future sequence numbers which are not yet allowed   
  813.  
  814.                          Receive Sequence Space 
  815.  
  816.                                Figure 5.           
  817.  
  818.   The receive window is the portion of the sequence space labeled 2 in   figure 5. 
  819.  
  820.   There are also some variables used frequently in the discussion that   take their values from the fields of the current segment. 
  821.  
  822.  
  823.  
  824.  [Page 20]                                                                
  825.  
  826.  
  827. September 1981                                                                                                      Transmission Control Protocol                                                 Functional Specification 
  828.  
  829.  
  830.  
  831.     Current Segment Variables 
  832.  
  833.       SEG.SEQ - segment sequence number       SEG.ACK - segment acknowledgment number       SEG.LEN - segment length       SEG.WND - segment window       SEG.UP  - segment urgent pointer       SEG.PRC - segment precedence value 
  834.  
  835.   A connection progresses through a series of states during its   lifetime.  The states are:  LISTEN, SYN-SENT, SYN-RECEIVED,   ESTABLISHED, FIN-WAIT-1, FIN-WAIT-2, CLOSE-WAIT, CLOSING, LAST-ACK,   TIME-WAIT, and the fictional state CLOSED.  CLOSED is fictional   because it represents the state when there is no TCB, and therefore,   no connection.  Briefly the meanings of the states are: 
  836.  
  837.     LISTEN - represents waiting for a connection request from any remote     TCP and port. 
  838.  
  839.     SYN-SENT - represents waiting for a matching connection request     after having sent a connection request. 
  840.  
  841.     SYN-RECEIVED - represents waiting for a confirming connection     request acknowledgment after having both received and sent a     connection request. 
  842.  
  843.     ESTABLISHED - represents an open connection, data received can be     delivered to the user.  The normal state for the data transfer phase     of the connection. 
  844.  
  845.     FIN-WAIT-1 - represents waiting for a connection termination request     from the remote TCP, or an acknowledgment of the connection     termination request previously sent. 
  846.  
  847.     FIN-WAIT-2 - represents waiting for a connection termination request     from the remote TCP. 
  848.  
  849.     CLOSE-WAIT - represents waiting for a connection termination request     from the local user. 
  850.  
  851.     CLOSING - represents waiting for a connection termination request     acknowledgment from the remote TCP. 
  852.  
  853.     LAST-ACK - represents waiting for an acknowledgment of the     connection termination request previously sent to the remote TCP     (which includes an acknowledgment of its connection termination     request). 
  854.  
  855.  
  856.  
  857.                                                                [Page 21] 
  858.  
  859.  
  860.                                                           September 1981 Transmission Control Protocol Functional Specification 
  861.  
  862.  
  863.  
  864.     TIME-WAIT - represents waiting for enough time to pass to be sure     the remote TCP received the acknowledgment of its connection     termination request. 
  865.  
  866.     CLOSED - represents no connection state at all. 
  867.  
  868.   A TCP connection progresses from one state to another in response to   events.  The events are the user calls, OPEN, SEND, RECEIVE, CLOSE,   ABORT, and STATUS; the incoming segments, particularly those   containing the SYN, ACK, RST and FIN flags; and timeouts. 
  869.  
  870.   The state diagram in figure 6 illustrates only state changes, together   with the causing events and resulting actions, but addresses neither   error conditions nor actions which are not connected with state   changes.  In a later section, more detail is offered with respect to   the reaction of the TCP to events. 
  871.  
  872.   NOTE BENE:  this diagram is only a summary and must not be taken as   the total specification. 
  873.  
  874.  
  875.  
  876.  
  877.  
  878.  
  879.  
  880.  
  881.  
  882.  
  883.  
  884.  
  885.  
  886.  
  887.  
  888.  
  889.  
  890.  
  891.  
  892.  
  893.  
  894.  
  895.  
  896.  
  897.  
  898.  
  899.  
  900.  
  901.  
  902.  
  903.  
  904. [Page 22]                                                                
  905.  
  906.  
  907. September 1981                                                                                                      Transmission Control Protocol                                                 Functional Specification 
  908.  
  909.  
  910.  
  911.                                                                    +---------+ ---------\      active OPEN                                 |  CLOSED |            \    -----------                                 +---------+<---------\   \   create TCB                                   |     ^              \   \  snd SYN                        passive OPEN |     |   CLOSE        \   \                               ------------ |     | ----------       \   \                              create TCB  |     | delete TCB         \   \                                        V     |                      \   \                                    +---------+            CLOSE    |    \                                  |  LISTEN |          ---------- |     |                                 +---------+          delete TCB |     |                      rcv SYN      |     |     SEND              |     |                     -----------   |     |    -------            |     V    +---------+      snd SYN,ACK  /       \   snd SYN          +---------+  |         |<-----------------           ------------------>|         |  |   SYN   |                    rcv SYN                     |   SYN   |  |   RCVD  |<-----------------------------------------------|   SENT  |  |         |                    snd ACK                     |         |  |         |------------------           -------------------|         |  +---------+   rcv ACK of SYN  \       /  rcv SYN,ACK       +---------+    |           --------------   |     |   -----------                      |                  x         |     |     snd ACK                        |                            V     V                                    |  CLOSE                   +---------+                                  | -------                  |  ESTAB  |                                  | snd FIN                  +---------+                                  |                   CLOSE    |     |    rcv FIN                         V                  -------   |     |    -------                       +---------+          snd FIN  /       \   snd ACK          +---------+  |  FIN    |<-----------------           ------------------>|  CLOSE  |  | WAIT-1  |------------------                              |   WAIT  |  +---------+          rcv FIN  \                            +---------+    | rcv ACK of FIN   -------   |                            CLOSE  |      | --------------   snd ACK   |                           ------- |      V        x                   V                           snd FIN V    +---------+                  +---------+                   +---------+  |FINWAIT-2|                  | CLOSING |                   | LAST-ACK|  +---------+                  +---------+                   +---------+    |                rcv ACK of FIN |                 rcv ACK of FIN |      |  rcv FIN       -------------- |    Timeout=2MSL -------------- |      |  -------              x       V    ------------        x       V       \ snd ACK                 +---------+delete TCB         +---------+      ------------------------>|TIME WAIT|------------------>| CLOSED  |                               +---------+                   +---------+ 
  912.  
  913.                       TCP Connection State Diagram                                Figure 6. 
  914.  
  915.                                                                 [Page 23] 
  916.  
  917.  
  918.                                                           September 1981 Transmission Control Protocol Functional Specification 
  919.  
  920.  
  921.  
  922. 3.3.  Sequence Numbers 
  923.  
  924.   A fundamental notion in the design is that every octet of data sent   over a TCP connection has a sequence number.  Since every octet is   sequenced, each of them can be acknowledged.  The acknowledgment   mechanism employed is cumulative so that an acknowledgment of sequence   number X indicates that all octets up to but not including X have been   received.  This mechanism allows for straight-forward duplicate   detection in the presence of retransmission.  Numbering of octets   within a segment is that the first data octet immediately following   the header is the lowest numbered, and the following octets are   numbered consecutively. 
  925.  
  926.   It is essential to remember that the actual sequence number space is   finite, though very large.  This space ranges from 0 to 2**32 - 1.   Since the space is finite, all arithmetic dealing with sequence   numbers must be performed modulo 2**32.  This unsigned arithmetic   preserves the relationship of sequence numbers as they cycle from   2**32 - 1 to 0 again.  There are some subtleties to computer modulo   arithmetic, so great care should be taken in programming the   comparison of such values.  The symbol "=<" means "less than or equal"   (modulo 2**32). 
  927.  
  928.   The typical kinds of sequence number comparisons which the TCP must   perform include: 
  929.  
  930.     (a)  Determining that an acknowledgment refers to some sequence          number sent but not yet acknowledged. 
  931.  
  932.     (b)  Determining that all sequence numbers occupied by a segment          have been acknowledged (e.g., to remove the segment from a          retransmission queue). 
  933.  
  934.     (c)  Determining that an incoming segment contains sequence numbers          which are expected (i.e., that the segment "overlaps" the          receive window). 
  935.  
  936.  
  937.  
  938.  
  939.  
  940.  
  941.  
  942.  
  943.  
  944.  
  945.  
  946.  
  947.  
  948.  [Page 24]                                                                
  949.  
  950.  
  951. September 1981                                                                                                      Transmission Control Protocol                                                 Functional Specification 
  952.  
  953.  
  954.  
  955.   In response to sending data the TCP will receive acknowledgments.  The   following comparisons are needed to process the acknowledgments. 
  956.  
  957.     SND.UNA = oldest unacknowledged sequence number 
  958.  
  959.     SND.NXT = next sequence number to be sent 
  960.  
  961.     SEG.ACK = acknowledgment from the receiving TCP (next sequence               number expected by the receiving TCP) 
  962.  
  963.     SEG.SEQ = first sequence number of a segment 
  964.  
  965.     SEG.LEN = the number of octets occupied by the data in the segment               (counting SYN and FIN) 
  966.  
  967.     SEG.SEQ+SEG.LEN-1 = last sequence number of a segment 
  968.  
  969.   A new acknowledgment (called an "acceptable ack"), is one for which   the inequality below holds: 
  970.  
  971.     SND.UNA < SEG.ACK =< SND.NXT 
  972.  
  973.   A segment on the retransmission queue is fully acknowledged if the sum   of its sequence number and length is less or equal than the   acknowledgment value in the incoming segment. 
  974.  
  975.   When data is received the following comparisons are needed: 
  976.  
  977.     RCV.NXT = next sequence number expected on an incoming segments, and         is the left or lower edge of the receive window 
  978.  
  979.     RCV.NXT+RCV.WND-1 = last sequence number expected on an incoming         segment, and is the right or upper edge of the receive window 
  980.  
  981.     SEG.SEQ = first sequence number occupied by the incoming segment 
  982.  
  983.     SEG.SEQ+SEG.LEN-1 = last sequence number occupied by the incoming         segment 
  984.  
  985.   A segment is judged to occupy a portion of valid receive sequence   space if 
  986.  
  987.     RCV.NXT =< SEG.SEQ < RCV.NXT+RCV.WND 
  988.  
  989.   or 
  990.  
  991.     RCV.NXT =< SEG.SEQ+SEG.LEN-1 < RCV.NXT+RCV.WND 
  992.  
  993.  
  994.  
  995.                                                                [Page 25] 
  996.  
  997.  
  998.                                                           September 1981 Transmission Control Protocol Functional Specification 
  999.  
  1000.  
  1001.  
  1002.   The first part of this test checks to see if the beginning of the   segment falls in the window, the second part of the test checks to see   if the end of the segment falls in the window; if the segment passes   either part of the test it contains data in the window. 
  1003.  
  1004.   Actually, it is a little more complicated than this.  Due to zero   windows and zero length segments, we have four cases for the   acceptability of an incoming segment: 
  1005.  
  1006.     Segment Receive  Test     Length  Window     ------- -------  ------------------------------------------- 
  1007.  
  1008.        0       0     SEG.SEQ = RCV.NXT 
  1009.  
  1010.        0      >0     RCV.NXT =< SEG.SEQ < RCV.NXT+RCV.WND 
  1011.  
  1012.       >0       0     not acceptable 
  1013.  
  1014.       >0      >0     RCV.NXT =< SEG.SEQ < RCV.NXT+RCV.WND                   or RCV.NXT =< SEG.SEQ+SEG.LEN-1 < RCV.NXT+RCV.WND 
  1015.  
  1016.   Note that when the receive window is zero no segments should be   acceptable except ACK segments.  Thus, it is be possible for a TCP to   maintain a zero receive window while transmitting data and receiving   ACKs.  However, even when the receive window is zero, a TCP must   process the RST and URG fields of all incoming segments. 
  1017.  
  1018.   We have taken advantage of the numbering scheme to protect certain   control information as well.  This is achieved by implicitly including   some control flags in the sequence space so they can be retransmitted   and acknowledged without confusion (i.e., one and only one copy of the   control will be acted upon).  Control information is not physically   carried in the segment data space.  Consequently, we must adopt rules   for implicitly assigning sequence numbers to control.  The SYN and FIN   are the only controls requiring this protection, and these controls   are used only at connection opening and closing.  For sequence number   purposes, the SYN is considered to occur before the first actual data   octet of the segment in which it occurs, while the FIN is considered   to occur after the last actual data octet in a segment in which it   occurs.  The segment length (SEG.LEN) includes both data and sequence   space occupying controls.  When a SYN is present then SEG.SEQ is the   sequence number of the SYN. 
  1019.  
  1020.  
  1021.  
  1022.  
  1023.  
  1024.  
  1025.  
  1026. [Page 26]                                                                
  1027.  
  1028.  
  1029. September 1981                                                                                                      Transmission Control Protocol                                                 Functional Specification 
  1030.  
  1031.  
  1032.  
  1033.   Initial Sequence Number Selection 
  1034.  
  1035.   The protocol places no restriction on a particular connection being   used over and over again.  A connection is defined by a pair of   sockets.  New instances of a connection will be referred to as   incarnations of the connection.  The problem that arises from this is   -- "how does the TCP identify duplicate segments from previous   incarnations of the connection?"  This problem becomes apparent if the   connection is being opened and closed in quick succession, or if the   connection breaks with loss of memory and is then reestablished. 
  1036.  
  1037.   To avoid confusion we must prevent segments from one incarnation of a   connection from being used while the same sequence numbers may still   be present in the network from an earlier incarnation.  We want to   assure this, even if a TCP crashes and loses all knowledge of the   sequence numbers it has been using.  When new connections are created,   an initial sequence number (ISN) generator is employed which selects a   new 32 bit ISN.  The generator is bound to a (possibly fictitious) 32   bit clock whose low order bit is incremented roughly every 4   microseconds.  Thus, the ISN cycles approximately every 4.55 hours.   Since we assume that segments will stay in the network no more than   the Maximum Segment Lifetime (MSL) and that the MSL is less than 4.55   hours we can reasonably assume that ISN's will be unique. 
  1038.  
  1039.   For each connection there is a send sequence number and a receive   sequence number.  The initial send sequence number (ISS) is chosen by   the data sending TCP, and the initial receive sequence number (IRS) is   learned during the connection establishing procedure. 
  1040.  
  1041.   For a connection to be established or initialized, the two TCPs must   synchronize on each other's initial sequence numbers.  This is done in   an exchange of connection establishing segments carrying a control bit   called "SYN" (for synchronize) and the initial sequence numbers.  As a   shorthand, segments carrying the SYN bit are also called "SYNs".   Hence, the solution requires a suitable mechanism for picking an   initial sequence number and a slightly involved handshake to exchange   the ISN's. 
  1042.  
  1043.   The synchronization requires each side to send it's own initial   sequence number and to receive a confirmation of it in acknowledgment   from the other side.  Each side must also receive the other side's   initial sequence number and send a confirming acknowledgment. 
  1044.  
  1045.     1) A --> B  SYN my sequence number is X     2) A <-- B  ACK your sequence number is X     3) A <-- B  SYN my sequence number is Y     4) A --> B  ACK your sequence number is Y 
  1046.  
  1047.  
  1048.  
  1049.                                                                [Page 27] 
  1050.  
  1051.  
  1052.                                                           September 1981 Transmission Control Protocol Functional Specification 
  1053.  
  1054.  
  1055.  
  1056.   Because steps 2 and 3 can be combined in a single message this is   called the three way (or three message) handshake. 
  1057.  
  1058.   A three way handshake is necessary because sequence numbers are not   tied to a global clock in the network, and TCPs may have different   mechanisms for picking the ISN's.  The receiver of the first SYN has   no way of knowing whether the segment was an old delayed one or not,   unless it remembers the last sequence number used on the connection   (which is not always possible), and so it must ask the sender to   verify this SYN.  The three way handshake and the advantages of a   clock-driven scheme are discussed in [3]. 
  1059.  
  1060.   Knowing When to Keep Quiet 
  1061.  
  1062.   To be sure that a TCP does not create a segment that carries a   sequence number which may be duplicated by an old segment remaining in   the network, the TCP must keep quiet for a maximum segment lifetime   (MSL) before assigning any sequence numbers upon starting up or   recovering from a crash in which memory of sequence numbers in use was   lost.  For this specification the MSL is taken to be 2 minutes.  This   is an engineering choice, and may be changed if experience indicates   it is desirable to do so.  Note that if a TCP is reinitialized in some   sense, yet retains its memory of sequence numbers in use, then it need   not wait at all; it must only be sure to use sequence numbers larger   than those recently used. 
  1063.  
  1064.   The TCP Quiet Time Concept 
  1065.  
  1066.     This specification provides that hosts which "crash" without     retaining any knowledge of the last sequence numbers transmitted on     each active (i.e., not closed) connection shall delay emitting any     TCP segments for at least the agreed Maximum Segment Lifetime (MSL)     in the internet system of which the host is a part.  In the     paragraphs below, an explanation for this specification is given.     TCP implementors may violate the "quiet time" restriction, but only     at the risk of causing some old data to be accepted as new or new     data rejected as old duplicated by some receivers in the internet     system. 
  1067.  
  1068.     TCPs consume sequence number space each time a segment is formed and     entered into the network output queue at a source host. The     duplicate detection and sequencing algorithm in the TCP protocol     relies on the unique binding of segment data to sequence space to     the extent that sequence numbers will not cycle through all 2**32     values before the segment data bound to those sequence numbers has     been delivered and acknowledged by the receiver and all duplicate     copies of the segments have "drained" from the internet.  Without     such an assumption, two distinct TCP segments could conceivably be 
  1069.  
  1070.  [Page 28]                                                                
  1071.  
  1072.  
  1073. September 1981                                                                                                      Transmission Control Protocol                                                 Functional Specification 
  1074.  
  1075.  
  1076.  
  1077.     assigned the same or overlapping sequence numbers, causing confusion     at the receiver as to which data is new and which is old.  Remember     that each segment is bound to as many consecutive sequence numbers     as there are octets of data in the segment. 
  1078.  
  1079.     Under normal conditions, TCPs keep track of the next sequence number     to emit and the oldest awaiting acknowledgment so as to avoid     mistakenly using a sequence number over before its first use has     been acknowledged.  This alone does not guarantee that old duplicate     data is drained from the net, so the sequence space has been made     very large to reduce the probability that a wandering duplicate will     cause trouble upon arrival.  At 2 megabits/sec. it takes 4.5 hours     to use up 2**32 octets of sequence space.  Since the maximum segment     lifetime in the net is not likely to exceed a few tens of seconds,     this is deemed ample protection for foreseeable nets, even if data     rates escalate to l0's of megabits/sec.  At 100 megabits/sec, the     cycle time is 5.4 minutes which may be a little short, but still     within reason. 
  1080.  
  1081.     The basic duplicate detection and sequencing algorithm in TCP can be     defeated, however, if a source TCP does not have any memory of the     sequence numbers it last used on a given connection. For example, if     the TCP were to start all connections with sequence number 0, then     upon crashing and restarting, a TCP might re-form an earlier     connection (possibly after half-open connection resolution) and emit     packets with sequence numbers identical to or overlapping with     packets still in the network which were emitted on an earlier     incarnation of the same connection.  In the absence of knowledge     about the sequence numbers used on a particular connection, the TCP     specification recommends that the source delay for MSL seconds     before emitting segments on the connection, to allow time for     segments from the earlier connection incarnation to drain from the     system. 
  1082.  
  1083.     Even hosts which can remember the time of day and used it to select     initial sequence number values are not immune from this problem     (i.e., even if time of day is used to select an initial sequence     number for each new connection incarnation). 
  1084.  
  1085.     Suppose, for example, that a connection is opened starting with     sequence number S.  Suppose that this connection is not used much     and that eventually the initial sequence number function (ISN(t))     takes on a value equal to the sequence number, say S1, of the last     segment sent by this TCP on a particular connection.  Now suppose,     at this instant, the host crashes, recovers, and establishes a new     incarnation of the connection. The initial sequence number chosen is     S1 = ISN(t) -- last used sequence number on old incarnation of     connection!  If the recovery occurs quickly enough, any old 
  1086.  
  1087.                                                                 [Page 29] 
  1088.  
  1089.  
  1090.                                                           September 1981 Transmission Control Protocol Functional Specification 
  1091.  
  1092.  
  1093.  
  1094.     duplicates in the net bearing sequence numbers in the neighborhood     of S1 may arrive and be treated as new packets by the receiver of     the new incarnation of the connection. 
  1095.  
  1096.     The problem is that the recovering host may not know for how long it     crashed nor does it know whether there are still old duplicates in     the system from earlier connection incarnations. 
  1097.  
  1098.     One way to deal with this problem is to deliberately delay emitting     segments for one MSL after recovery from a crash- this is the "quite     time" specification.  Hosts which prefer to avoid waiting are     willing to risk possible confusion of old and new packets at a given     destination may choose not to wait for the "quite time".     Implementors may provide TCP users with the ability to select on a     connection by connection basis whether to wait after a crash, or may     informally implement the "quite time" for all connections.     Obviously, even where a user selects to "wait," this is not     necessary after the host has been "up" for at least MSL seconds. 
  1099.  
  1100.     To summarize: every segment emitted occupies one or more sequence     numbers in the sequence space, the numbers occupied by a segment are     "busy" or "in use" until MSL seconds have passed, upon crashing a     block of space-time is occupied by the octets of the last emitted     segment, if a new connection is started too soon and uses any of the     sequence numbers in the space-time footprint of the last segment of     the previous connection incarnation, there is a potential sequence     number overlap area which could cause confusion at the receiver. 
  1101.  
  1102. 3.4.  Establishing a connection 
  1103.  
  1104.   The "three-way handshake" is the procedure used to establish a   connection.  This procedure normally is initiated by one TCP and   responded to by another TCP.  The procedure also works if two TCP   simultaneously initiate the procedure.  When simultaneous attempt   occurs, each TCP receives a "SYN" segment which carries no   acknowledgment after it has sent a "SYN".  Of course, the arrival of   an old duplicate "SYN" segment can potentially make it appear, to the   recipient, that a simultaneous connection initiation is in progress.   Proper use of "reset" segments can disambiguate these cases. 
  1105.  
  1106.   Several examples of connection initiation follow.  Although these   examples do not show connection synchronization using data-carrying   segments, this is perfectly legitimate, so long as the receiving TCP   doesn't deliver the data to the user until it is clear the data is   valid (i.e., the data must be buffered at the receiver until the   connection reaches the ESTABLISHED state).  The three-way handshake   reduces the possibility of false connections.  It is the 
  1107.  
  1108.  
  1109.  
  1110. [Page 30]                                                                
  1111.  
  1112.  
  1113. September 1981                                                                                                      Transmission Control Protocol                                                 Functional Specification 
  1114.  
  1115.  
  1116.  
  1117.   implementation of a trade-off between memory and messages to provide   information for this checking. 
  1118.  
  1119.   The simplest three-way handshake is shown in figure 7 below.  The   figures should be interpreted in the following way.  Each line is   numbered for reference purposes.  Right arrows (-->) indicate   departure of a TCP segment from TCP A to TCP B, or arrival of a   segment at B from A.  Left arrows (<--), indicate the reverse.   Ellipsis (...) indicates a segment which is still in the network   (delayed).  An "XXX" indicates a segment which is lost or rejected.   Comments appear in parentheses.  TCP states represent the state AFTER   the departure or arrival of the segment (whose contents are shown in   the center of each line).  Segment contents are shown in abbreviated   form, with sequence number, control flags, and ACK field.  Other   fields such as window, addresses, lengths, and text have been left out   in the interest of clarity. 
  1120.  
  1121.    
  1122.  
  1123.       TCP A                                                TCP B 
  1124.  
  1125.   1.  CLOSED                                               LISTEN 
  1126.  
  1127.   2.  SYN-SENT    --> <SEQ=100><CTL=SYN>               --> SYN-RECEIVED 
  1128.  
  1129.   3.  ESTABLISHED <-- <SEQ=300><ACK=101><CTL=SYN,ACK>  <-- SYN-RECEIVED 
  1130.  
  1131.   4.  ESTABLISHED --> <SEQ=101><ACK=301><CTL=ACK>       --> ESTABLISHED 
  1132.  
  1133.   5.  ESTABLISHED --> <SEQ=101><ACK=301><CTL=ACK><DATA> --> ESTABLISHED 
  1134.  
  1135.           Basic 3-Way Handshake for Connection Synchronization 
  1136.  
  1137.                                 Figure 7. 
  1138.  
  1139.   In line 2 of figure 7, TCP A begins by sending a SYN segment   indicating that it will use sequence numbers starting with sequence   number 100.  In line 3, TCP B sends a SYN and acknowledges the SYN it   received from TCP A.  Note that the acknowledgment field indicates TCP   B is now expecting to hear sequence 101, acknowledging the SYN which   occupied sequence 100. 
  1140.  
  1141.   At line 4, TCP A responds with an empty segment containing an ACK for   TCP B's SYN; and in line 5, TCP A sends some data.  Note that the   sequence number of the segment in line 5 is the same as in line 4   because the ACK does not occupy sequence number space (if it did, we   would wind up ACKing ACK's!). 
  1142.  
  1143.  
  1144.  
  1145.                                                                [Page 31] 
  1146.  
  1147.  
  1148.                                                           September 1981 Transmission Control Protocol Functional Specification 
  1149.  
  1150.  
  1151.  
  1152.   Simultaneous initiation is only slightly more complex, as is shown in   figure 8.  Each TCP cycles from CLOSED to SYN-SENT to SYN-RECEIVED to   ESTABLISHED. 
  1153.  
  1154.    
  1155.  
  1156.       TCP A                                            TCP B 
  1157.  
  1158.   1.  CLOSED                                           CLOSED 
  1159.  
  1160.   2.  SYN-SENT     --> <SEQ=100><CTL=SYN>              ... 
  1161.  
  1162.   3.  SYN-RECEIVED <-- <SEQ=300><CTL=SYN>              <-- SYN-SENT 
  1163.  
  1164.   4.               ... <SEQ=100><CTL=SYN>              --> SYN-RECEIVED 
  1165.  
  1166.   5.  SYN-RECEIVED --> <SEQ=100><ACK=301><CTL=SYN,ACK> ... 
  1167.  
  1168.   6.  ESTABLISHED  <-- <SEQ=300><ACK=101><CTL=SYN,ACK> <-- SYN-RECEIVED 
  1169.  
  1170.   7.               ... <SEQ=101><ACK=301><CTL=ACK>     --> ESTABLISHED 
  1171.  
  1172.                 Simultaneous Connection Synchronization 
  1173.  
  1174.                                Figure 8. 
  1175.  
  1176.   The principle reason for the three-way handshake is to prevent old   duplicate connection initiations from causing confusion.  To deal with   this, a special control message, reset, has been devised.  If the   receiving TCP is in a  non-synchronized state (i.e., SYN-SENT,   SYN-RECEIVED), it returns to LISTEN on receiving an acceptable reset.   If the TCP is in one of the synchronized states (ESTABLISHED,   FIN-WAIT-1, FIN-WAIT-2, CLOSE-WAIT, CLOSING, LAST-ACK, TIME-WAIT), it   aborts the connection and informs its user.  We discuss this latter   case under "half-open" connections below. 
  1177.  
  1178.  
  1179.  
  1180.  
  1181.  
  1182.  
  1183.  
  1184.  
  1185.  
  1186.  
  1187.  
  1188.  
  1189.  
  1190.  
  1191.  
  1192. [Page 32]                                                                
  1193.  
  1194.  
  1195. September 1981                                                                                                      Transmission Control Protocol                                                 Functional Specification 
  1196.  
  1197.  
  1198.  
  1199.    
  1200.  
  1201.       TCP A                                                TCP B 
  1202.  
  1203.   1.  CLOSED                                               LISTEN 
  1204.  
  1205.   2.  SYN-SENT    --> <SEQ=100><CTL=SYN>               ... 
  1206.  
  1207.   3.  (duplicate) ... <SEQ=90><CTL=SYN>               --> SYN-RECEIVED 
  1208.  
  1209.   4.  SYN-SENT    <-- <SEQ=300><ACK=91><CTL=SYN,ACK>  <-- SYN-RECEIVED 
  1210.  
  1211.   5.  SYN-SENT    --> <SEQ=91><CTL=RST>               --> LISTEN    
  1212.  
  1213.   6.              ... <SEQ=100><CTL=SYN>               --> SYN-RECEIVED 
  1214.  
  1215.   7.  SYN-SENT    <-- <SEQ=400><ACK=101><CTL=SYN,ACK>  <-- SYN-RECEIVED 
  1216.  
  1217.   8.  ESTABLISHED --> <SEQ=101><ACK=401><CTL=ACK>      --> ESTABLISHED 
  1218.  
  1219.                     Recovery from Old Duplicate SYN 
  1220.  
  1221.                                Figure 9. 
  1222.  
  1223.   As a simple example of recovery from old duplicates, consider   figure 9.  At line 3, an old duplicate SYN arrives at TCP B.  TCP B   cannot tell that this is an old duplicate, so it responds normally   (line 4).  TCP A detects that the ACK field is incorrect and returns a   RST (reset) with its SEQ field selected to make the segment   believable.  TCP B, on receiving the RST, returns to the LISTEN state.   When the original SYN (pun intended) finally arrives at line 6, the   synchronization proceeds normally.  If the SYN at line 6 had arrived   before the RST, a more complex exchange might have occurred with RST's   sent in both directions. 
  1224.  
  1225.   Half-Open Connections and Other Anomalies 
  1226.  
  1227.   An established connection is said to be  "half-open" if one of the   TCPs has closed or aborted the connection at its end without the   knowledge of the other, or if the two ends of the connection have   become desynchronized owing to a crash that resulted in loss of   memory.  Such connections will automatically become reset if an   attempt is made to send data in either direction.  However, half-open   connections are expected to be unusual, and the recovery procedure is   mildly involved. 
  1228.  
  1229.   If at site A the connection no longer exists, then an attempt by the 
  1230.  
  1231.                                                                 [Page 33] 
  1232.  
  1233.  
  1234.                                                           September 1981 Transmission Control Protocol Functional Specification 
  1235.  
  1236.  
  1237.  
  1238.   user at site B to send any data on it will result in the site B TCP   receiving a reset control message.  Such a message indicates to the   site B TCP that something is wrong, and it is expected to abort the   connection. 
  1239.  
  1240.   Assume that two user processes A and B are communicating with one   another when a crash occurs causing loss of memory to A's TCP.   Depending on the operating system supporting A's TCP, it is likely   that some error recovery mechanism exists.  When the TCP is up again,   A is likely to start again from the beginning or from a recovery   point.  As a result, A will probably try to OPEN the connection again   or try to SEND on the connection it believes open.  In the latter   case, it receives the error message "connection not open" from the   local (A's) TCP.  In an attempt to establish the connection, A's TCP   will send a segment containing SYN.  This scenario leads to the   example shown in figure 10.  After TCP A crashes, the user attempts to   re-open the connection.  TCP B, in the meantime, thinks the connection   is open. 
  1241.  
  1242.    
  1243.  
  1244.       TCP A                                           TCP B 
  1245.  
  1246.   1.  (CRASH)                               (send 300,receive 100) 
  1247.  
  1248.   2.  CLOSED                                           ESTABLISHED 
  1249.  
  1250.   3.  SYN-SENT --> <SEQ=400><CTL=SYN>              --> (??) 
  1251.  
  1252.   4.  (!!)     <-- <SEQ=300><ACK=100><CTL=ACK>     <-- ESTABLISHED 
  1253.  
  1254.   5.  SYN-SENT --> <SEQ=100><CTL=RST>              --> (Abort!!) 
  1255.  
  1256.   6.  SYN-SENT                                         CLOSED 
  1257.  
  1258.   7.  SYN-SENT --> <SEQ=400><CTL=SYN>              --> 
  1259.  
  1260.                      Half-Open Connection Discovery 
  1261.  
  1262.                                Figure 10. 
  1263.  
  1264.   When the SYN arrives at line 3, TCP B, being in a synchronized state,   and the incoming segment outside the window, responds with an   acknowledgment indicating what sequence it next expects to hear (ACK   100).  TCP A sees that this segment does not acknowledge anything it   sent and, being unsynchronized, sends a reset (RST) because it has   detected a half-open connection.  TCP B aborts at line 5.  TCP A will 
  1265.  
  1266.  
  1267.  
  1268. [Page 34]                                                                
  1269.  
  1270.  
  1271. September 1981                                                                                                      Transmission Control Protocol                                                 Functional Specification 
  1272.  
  1273.  
  1274.  
  1275.   continue to try to establish the connection; the problem is now   reduced to the basic 3-way handshake of figure 7. 
  1276.  
  1277.   An interesting alternative case occurs when TCP A crashes and TCP B   tries to send data on what it thinks is a synchronized connection.   This is illustrated in figure 11.  In this case, the data arriving at   TCP A from TCP B (line 2) is unacceptable because no such connection   exists, so TCP A sends a RST.  The RST is acceptable so TCP B   processes it and aborts the connection. 
  1278.  
  1279.    
  1280.  
  1281.         TCP A                                              TCP B 
  1282.  
  1283.   1.  (CRASH)                                   (send 300,receive 100) 
  1284.  
  1285.   2.  (??)    <-- <SEQ=300><ACK=100><DATA=10><CTL=ACK> <-- ESTABLISHED 
  1286.  
  1287.   3.          --> <SEQ=100><CTL=RST>                   --> (ABORT!!) 
  1288.  
  1289.            Active Side Causes Half-Open Connection Discovery 
  1290.  
  1291.                                Figure 11. 
  1292.  
  1293.   In figure 12, we find the two TCPs A and B with passive connections   waiting for SYN.  An old duplicate arriving at TCP B (line 2) stirs B   into action.  A SYN-ACK is returned (line 3) and causes TCP A to   generate a RST (the ACK in line 3 is not acceptable).  TCP B accepts   the reset and returns to its passive LISTEN state. 
  1294.  
  1295.    
  1296.  
  1297.       TCP A                                         TCP B 
  1298.  
  1299.   1.  LISTEN                                        LISTEN 
  1300.  
  1301.   2.       ... <SEQ=Z><CTL=SYN>                -->  SYN-RECEIVED 
  1302.  
  1303.   3.  (??) <-- <SEQ=X><ACK=Z+1><CTL=SYN,ACK>   <--  SYN-RECEIVED 
  1304.  
  1305.   4.       --> <SEQ=Z+1><CTL=RST>              -->  (return to LISTEN!) 
  1306.  
  1307.   5.  LISTEN                                        LISTEN 
  1308.  
  1309.        Old Duplicate SYN Initiates a Reset on two Passive Sockets 
  1310.  
  1311.                                Figure 12. 
  1312.  
  1313.  
  1314.  
  1315.                                                                [Page 35] 
  1316.  
  1317.  
  1318.                                                           September 1981 Transmission Control Protocol Functional Specification 
  1319.  
  1320.  
  1321.  
  1322.   A variety of other cases are possible, all of which are accounted for   by the following rules for RST generation and processing. 
  1323.  
  1324.   Reset Generation 
  1325.  
  1326.   As a general rule, reset (RST) must be sent whenever a segment arrives   which apparently is not intended for the current connection.  A reset   must not be sent if it is not clear that this is the case. 
  1327.  
  1328.   There are three groups of states: 
  1329.  
  1330.     1.  If the connection does not exist (CLOSED) then a reset is sent     in response to any incoming segment except another reset.  In     particular, SYNs addressed to a non-existent connection are rejected     by this means. 
  1331.  
  1332.     If the incoming segment has an ACK field, the reset takes its     sequence number from the ACK field of the segment, otherwise the     reset has sequence number zero and the ACK field is set to the sum     of the sequence number and segment length of the incoming segment.     The connection remains in the CLOSED state. 
  1333.  
  1334.     2.  If the connection is in any non-synchronized state (LISTEN,     SYN-SENT, SYN-RECEIVED), and the incoming segment acknowledges     something not yet sent (the segment carries an unacceptable ACK), or     if an incoming segment has a security level or compartment which     does not exactly match the level and compartment requested for the     connection, a reset is sent. 
  1335.  
  1336.     If our SYN has not been acknowledged and the precedence level of the     incoming segment is higher than the precedence level requested then     either raise the local precedence level (if allowed by the user and     the system) or send a reset; or if the precedence level of the     incoming segment is lower than the precedence level requested then     continue as if the precedence matched exactly (if the remote TCP     cannot raise the precedence level to match ours this will be     detected in the next segment it sends, and the connection will be     terminated then).  If our SYN has been acknowledged (perhaps in this     incoming segment) the precedence level of the incoming segment must     match the local precedence level exactly, if it does not a reset     must be sent. 
  1337.  
  1338.     If the incoming segment has an ACK field, the reset takes its     sequence number from the ACK field of the segment, otherwise the     reset has sequence number zero and the ACK field is set to the sum     of the sequence number and segment length of the incoming segment.     The connection remains in the same state. 
  1339.  
  1340.  
  1341.  
  1342. [Page 36]                                                                
  1343.  
  1344.  
  1345. September 1981                                                                                                      Transmission Control Protocol                                                 Functional Specification 
  1346.  
  1347.  
  1348.  
  1349.     3.  If the connection is in a synchronized state (ESTABLISHED,     FIN-WAIT-1, FIN-WAIT-2, CLOSE-WAIT, CLOSING, LAST-ACK, TIME-WAIT),     any unacceptable segment (out of window sequence number or     unacceptible acknowledgment number) must elicit only an empty     acknowledgment segment containing the current send-sequence number     and an acknowledgment indicating the next sequence number expected     to be received, and the connection remains in the same state. 
  1350.  
  1351.     If an incoming segment has a security level, or compartment, or     precedence which does not exactly match the level, and compartment,     and precedence requested for the connection,a reset is sent and     connection goes to the CLOSED state.  The reset takes its sequence     number from the ACK field of the incoming segment. 
  1352.  
  1353.   Reset Processing 
  1354.  
  1355.   In all states except SYN-SENT, all reset (RST) segments are validated   by checking their SEQ-fields.  A reset is valid if its sequence number   is in the window.  In the SYN-SENT state (a RST received in response   to an initial SYN), the RST is acceptable if the ACK field   acknowledges the SYN. 
  1356.  
  1357.   The receiver of a RST first validates it, then changes state.  If the   receiver was in the LISTEN state, it ignores it.  If the receiver was   in SYN-RECEIVED state and had previously been in the LISTEN state,   then the receiver returns to the LISTEN state, otherwise the receiver   aborts the connection and goes to the CLOSED state.  If the receiver   was in any other state, it aborts the connection and advises the user   and goes to the CLOSED state. 
  1358.  
  1359. 3.5.  Closing a Connection 
  1360.  
  1361.   CLOSE is an operation meaning "I have no more data to send."  The   notion of closing a full-duplex connection is subject to ambiguous   interpretation, of course, since it may not be obvious how to treat   the receiving side of the connection.  We have chosen to treat CLOSE   in a simplex fashion.  The user who CLOSEs may continue to RECEIVE   until he is told that the other side has CLOSED also.  Thus, a program   could initiate several SENDs followed by a CLOSE, and then continue to   RECEIVE until signaled that a RECEIVE failed because the other side   has CLOSED.  We assume that the TCP will signal a user, even if no   RECEIVEs are outstanding, that the other side has closed, so the user   can terminate his side gracefully.  A TCP will reliably deliver all   buffers SENT before the connection was CLOSED so a user who expects no   data in return need only wait to hear the connection was CLOSED   successfully to know that all his data was received at the destination   TCP.  Users must keep reading connections they close for sending until   the TCP says no more data. 
  1362.  
  1363.                                                                 [Page 37] 
  1364.  
  1365.  
  1366.                                                           September 1981 Transmission Control Protocol Functional Specification 
  1367.  
  1368.  
  1369.  
  1370.   There are essentially three cases: 
  1371.  
  1372.     1) The user initiates by telling the TCP to CLOSE the connection 
  1373.  
  1374.     2) The remote TCP initiates by sending a FIN control signal 
  1375.  
  1376.     3) Both users CLOSE simultaneously 
  1377.  
  1378.   Case 1:  Local user initiates the close 
  1379.  
  1380.     In this case, a FIN segment can be constructed and placed on the     outgoing segment queue.  No further SENDs from the user will be     accepted by the TCP, and it enters the FIN-WAIT-1 state.  RECEIVEs     are allowed in this state.  All segments preceding and including FIN     will be retransmitted until acknowledged.  When the other TCP has     both acknowledged the FIN and sent a FIN of its own, the first TCP     can ACK this FIN.  Note that a TCP receiving a FIN will ACK but not     send its own FIN until its user has CLOSED the connection also. 
  1381.  
  1382.   Case 2:  TCP receives a FIN from the network 
  1383.  
  1384.     If an unsolicited FIN arrives from the network, the receiving TCP     can ACK it and tell the user that the connection is closing.  The     user will respond with a CLOSE, upon which the TCP can send a FIN to     the other TCP after sending any remaining data.  The TCP then waits     until its own FIN is acknowledged whereupon it deletes the     connection.  If an ACK is not forthcoming, after the user timeout     the connection is aborted and the user is told. 
  1385.  
  1386.   Case 3:  both users close simultaneously 
  1387.  
  1388.     A simultaneous CLOSE by users at both ends of a connection causes     FIN segments to be exchanged.  When all segments preceding the FINs     have been processed and acknowledged, each TCP can ACK the FIN it     has received.  Both will, upon receiving these ACKs, delete the     connection. 
  1389.  
  1390.  
  1391.  
  1392.  
  1393.  
  1394.  
  1395.  
  1396.  
  1397.  
  1398.  
  1399.  
  1400.  
  1401.  
  1402.  [Page 38]                                                                
  1403.  
  1404.  
  1405. September 1981                                                                                                      Transmission Control Protocol                                                 Functional Specification 
  1406.  
  1407.  
  1408.  
  1409.    
  1410.  
  1411.       TCP A                                                TCP B 
  1412.  
  1413.   1.  ESTABLISHED                                          ESTABLISHED 
  1414.  
  1415.   2.  (Close)       FIN-WAIT-1  --> <SEQ=100><ACK=300><CTL=FIN,ACK>  --> CLOSE-WAIT 
  1416.  
  1417.   3.  FIN-WAIT-2  <-- <SEQ=300><ACK=101><CTL=ACK>      <-- CLOSE-WAIT 
  1418.  
  1419.   4.                                                       (Close)       TIME-WAIT   <-- <SEQ=300><ACK=101><CTL=FIN,ACK>  <-- LAST-ACK 
  1420.  
  1421.   5.  TIME-WAIT   --> <SEQ=101><ACK=301><CTL=ACK>      --> CLOSED 
  1422.  
  1423.   6.  (2 MSL)       CLOSED                                                       
  1424.  
  1425.                          Normal Close Sequence 
  1426.  
  1427.                                Figure 13. 
  1428.  
  1429.    
  1430.  
  1431.       TCP A                                                TCP B 
  1432.  
  1433.   1.  ESTABLISHED                                          ESTABLISHED 
  1434.  
  1435.   2.  (Close)                                              (Close)       FIN-WAIT-1  --> <SEQ=100><ACK=300><CTL=FIN,ACK>  ... FIN-WAIT-1                   <-- <SEQ=300><ACK=100><CTL=FIN,ACK>  <--                   ... <SEQ=100><ACK=300><CTL=FIN,ACK>  --> 
  1436.  
  1437.   3.  CLOSING     --> <SEQ=101><ACK=301><CTL=ACK>      ... CLOSING                   <-- <SEQ=301><ACK=101><CTL=ACK>      <--                   ... <SEQ=101><ACK=301><CTL=ACK>      --> 
  1438.  
  1439.   4.  TIME-WAIT                                            TIME-WAIT       (2 MSL)                                              (2 MSL)       CLOSED                                               CLOSED 
  1440.  
  1441.                       Simultaneous Close Sequence 
  1442.  
  1443.                                Figure 14. 
  1444.  
  1445.  
  1446.  
  1447.  
  1448.  
  1449.                                                                [Page 39] 
  1450.  
  1451.  
  1452.                                                           September 1981 Transmission Control Protocol Functional Specification 
  1453.  
  1454.  
  1455.  
  1456. 3.6.  Precedence and Security 
  1457.  
  1458.   The intent is that connection be allowed only between ports operating   with exactly the same security and compartment values and at the   higher of the precedence level requested by the two ports. 
  1459.  
  1460.   The precedence and security parameters used in TCP are exactly those   defined in the Internet Protocol (IP) [2].  Throughout this TCP   specification the term "security/compartment" is intended to indicate   the security parameters used in IP including security, compartment,   user group, and handling restriction. 
  1461.  
  1462.   A connection attempt with mismatched security/compartment values or a   lower precedence value must be rejected by sending a reset.  Rejecting   a connection due to too low a precedence only occurs after an   acknowledgment of the SYN has been received. 
  1463.  
  1464.   Note that TCP modules which operate only at the default value of   precedence will still have to check the precedence of incoming   segments and possibly raise the precedence level they use on the   connection. 
  1465.  
  1466.   The security paramaters may be used even in a non-secure environment   (the values would indicate unclassified data), thus hosts in   non-secure environments must be prepared to receive the security   parameters, though they need not send them. 
  1467.  
  1468. 3.7.  Data Communication 
  1469.  
  1470.   Once the connection is established data is communicated by the   exchange of segments.  Because segments may be lost due to errors   (checksum test failure), or network congestion, TCP uses   retransmission (after a timeout) to ensure delivery of every segment.   Duplicate segments may arrive due to network or TCP retransmission.   As discussed in the section on sequence numbers the TCP performs   certain tests on the sequence and acknowledgment numbers in the   segments to verify their acceptability. 
  1471.  
  1472.   The sender of data keeps track of the next sequence number to use in   the variable SND.NXT.  The receiver of data keeps track of the next   sequence number to expect in the variable RCV.NXT.  The sender of data   keeps track of the oldest unacknowledged sequence number in the   variable SND.UNA.  If the data flow is momentarily idle and all data   sent has been acknowledged then the three variables will be equal. 
  1473.  
  1474.   When the sender creates a segment and transmits it the sender advances   SND.NXT.  When the receiver accepts a segment it advances RCV.NXT and   sends an acknowledgment.  When the data sender receives an 
  1475.  
  1476.  [Page 40]                                                                
  1477.  
  1478.  
  1479. September 1981                                                                                                      Transmission Control Protocol                                                 Functional Specification 
  1480.  
  1481.  
  1482.  
  1483.   acknowledgment it advances SND.UNA.  The extent to which the values of   these variables differ is a measure of the delay in the communication.   The amount by which the variables are advanced is the length of the   data in the segment.  Note that once in the ESTABLISHED state all   segments must carry current acknowledgment information. 
  1484.  
  1485.   The CLOSE user call implies a push function, as does the FIN control   flag in an incoming segment. 
  1486.  
  1487.   Retransmission Timeout 
  1488.  
  1489.   Because of the variability of the networks that compose an   internetwork system and the wide range of uses of TCP connections the   retransmission timeout must be dynamically determined.  One procedure   for determining a retransmission time out is given here as an   illustration. 
  1490.  
  1491.     An Example Retransmission Timeout Procedure 
  1492.  
  1493.       Measure the elapsed time between sending a data octet with a       particular sequence number and receiving an acknowledgment that       covers that sequence number (segments sent do not have to match       segments received).  This measured elapsed time is the Round Trip       Time (RTT).  Next compute a Smoothed Round Trip Time (SRTT) as: 
  1494.  
  1495.         SRTT = ( ALPHA * SRTT ) + ((1-ALPHA) * RTT) 
  1496.  
  1497.       and based on this, compute the retransmission timeout (RTO) as: 
  1498.  
  1499.         RTO = min[UBOUND,max[LBOUND,(BETA*SRTT)]] 
  1500.  
  1501.       where UBOUND is an upper bound on the timeout (e.g., 1 minute),       LBOUND is a lower bound on the timeout (e.g., 1 second), ALPHA is       a smoothing factor (e.g., .8 to .9), and BETA is a delay variance       factor (e.g., 1.3 to 2.0). 
  1502.  
  1503.   The Communication of Urgent Information 
  1504.  
  1505.   The objective of the TCP urgent mechanism is to allow the sending user   to stimulate the receiving user to accept some urgent data and to   permit the receiving TCP to indicate to the receiving user when all   the currently known urgent data has been received by the user. 
  1506.  
  1507.   This mechanism permits a point in the data stream to be designated as   the end of urgent information.  Whenever this point is in advance of   the receive sequence number (RCV.NXT) at the receiving TCP, that TCP   must tell the user to go into "urgent mode"; when the receive sequence   number catches up to the urgent pointer, the TCP must tell user to go 
  1508.  
  1509.                                                                 [Page 41] 
  1510.                                                             September 1981 Transmission Control Protocol Functional Specification 
  1511.  
  1512.  
  1513.  
  1514.   into "normal mode".  If the urgent pointer is updated while the user   is in "urgent mode", the update will be invisible to the user. 
  1515.  
  1516.   The method employs a urgent field which is carried in all segments   transmitted.  The URG control flag indicates that the urgent field is   meaningful and must be added to the segment sequence number to yield   the urgent pointer.  The absence of this flag indicates that there is   no urgent data outstanding. 
  1517.  
  1518.   To send an urgent indication the user must also send at least one data   octet.  If the sending user also indicates a push, timely delivery of   the urgent information to the destination process is enhanced. 
  1519.  
  1520.   Managing the Window 
  1521.  
  1522.   The window sent in each segment indicates the range of sequence   numbers the sender of the window (the data receiver) is currently   prepared to accept.  There is an assumption that this is related to   the currently available data buffer space available for this   connection. 
  1523.  
  1524.   Indicating a large window encourages transmissions.  If more data   arrives than can be accepted, it will be discarded.  This will result   in excessive retransmissions, adding unnecessarily to the load on the   network and the TCPs.  Indicating a small window may restrict the   transmission of data to the point of introducing a round trip delay   between each new segment transmitted. 
  1525.  
  1526.   The mechanisms provided allow a TCP to advertise a large window and to   subsequently advertise a much smaller window without having accepted   that much data.  This, so called "shrinking the window," is strongly   discouraged.  The robustness principle dictates that TCPs will not   shrink the window themselves, but will be prepared for such behavior   on the part of other TCPs. 
  1527.  
  1528.   The sending TCP must be prepared to accept from the user and send at   least one octet of new data even if the send window is zero.  The   sending TCP must regularly retransmit to the receiving TCP even when   the window is zero.  Two minutes is recommended for the retransmission   interval when the window is zero.  This retransmission is essential to   guarantee that when either TCP has a zero window the re-opening of the   window will be reliably reported to the other. 
  1529.  
  1530.   When the receiving TCP has a zero window and a segment arrives it must   still send an acknowledgment showing its next expected sequence number   and current window (zero). 
  1531.  
  1532.   The sending TCP packages the data to be transmitted into segments 
  1533.  
  1534.  [Page 42]                                                                
  1535.  
  1536.  
  1537. September 1981                                                                                                      Transmission Control Protocol                                                 Functional Specification 
  1538.  
  1539.  
  1540.  
  1541.   which fit the current window, and may repackage segments on the   retransmission queue.  Such repackaging is not required, but may be   helpful. 
  1542.  
  1543.   In a connection with a one-way data flow, the window information will   be carried in acknowledgment segments that all have the same sequence   number so there will be no way to reorder them if they arrive out of   order.  This is not a serious problem, but it will allow the window   information to be on occasion temporarily based on old reports from   the data receiver.  A refinement to avoid this problem is to act on   the window information from segments that carry the highest   acknowledgment number (that is segments with acknowledgment number   equal or greater than the highest previously received). 
  1544.  
  1545.   The window management procedure has significant influence on the   communication performance.  The following comments are suggestions to   implementers. 
  1546.  
  1547.     Window Management Suggestions 
  1548.  
  1549.       Allocating a very small window causes data to be transmitted in       many small segments when better performance is achieved using       fewer large segments. 
  1550.  
  1551.       One suggestion for avoiding small windows is for the receiver to       defer updating a window until the additional allocation is at       least X percent of the maximum allocation possible for the       connection (where X might be 20 to 40). 
  1552.  
  1553.       Another suggestion is for the sender to avoid sending small       segments by waiting until the window is large enough before       sending data.  If the the user signals a push function then the       data must be sent even if it is a small segment. 
  1554.  
  1555.       Note that the acknowledgments should not be delayed or unnecessary       retransmissions will result.  One strategy would be to send an       acknowledgment when a small segment arrives (with out updating the       window information), and then to send another acknowledgment with       new window information when the window is larger. 
  1556.  
  1557.       The segment sent to probe a zero window may also begin a break up       of transmitted data into smaller and smaller segments.  If a       segment containing a single data octet sent to probe a zero window       is accepted, it consumes one octet of the window now available.       If the sending TCP simply sends as much as it can whenever the       window is non zero, the transmitted data will be broken into       alternating big and small segments.  As time goes on, occasional       pauses in the receiver making window allocation available will 
  1558.  
  1559.                                                                 [Page 43] 
  1560.  
  1561.  
  1562.                                                           September 1981 Transmission Control Protocol Functional Specification 
  1563.  
  1564.  
  1565.  
  1566.       result in breaking the big segments into a small and not quite so       big pair. And after a while the data transmission will be in       mostly small segments. 
  1567.  
  1568.       The suggestion here is that the TCP implementations need to       actively attempt to combine small window allocations into larger       windows, since the mechanisms for managing the window tend to lead       to many small windows in the simplest minded implementations. 
  1569.  
  1570. 3.8.  Interfaces 
  1571.  
  1572.   There are of course two interfaces of concern:  the user/TCP interface   and the TCP/lower-level interface.  We have a fairly elaborate model   of the user/TCP interface, but the interface to the lower level   protocol module is left unspecified here, since it will be specified   in detail by the specification of the lowel level protocol.  For the   case that the lower level is IP we note some of the parameter values   that TCPs might use. 
  1573.  
  1574.   User/TCP Interface 
  1575.  
  1576.     The following functional description of user commands to the TCP is,     at best, fictional, since every operating system will have different     facilities.  Consequently, we must warn readers that different TCP     implementations may have different user interfaces.  However, all     TCPs must provide a certain minimum set of services to guarantee     that all TCP implementations can support the same protocol     hierarchy.  This section specifies the functional interfaces     required of all TCP implementations. 
  1577.  
  1578.     TCP User Commands 
  1579.  
  1580.       The following sections functionally characterize a USER/TCP       interface.  The notation used is similar to most procedure or       function calls in high level languages, but this usage is not       meant to rule out trap type service calls (e.g., SVCs, UUOs,       EMTs). 
  1581.  
  1582.       The user commands described below specify the basic functions the       TCP must perform to support interprocess communication.       Individual implementations must define their own exact format, and       may provide combinations or subsets of the basic functions in       single calls.  In particular, some implementations may wish to       automatically OPEN a connection on the first SEND or RECEIVE       issued by the user for a given connection. 
  1583.  
  1584.  
  1585.  
  1586.  
  1587.  
  1588. [Page 44]                                                                
  1589.  
  1590.  
  1591. September 1981                                                                                                      Transmission Control Protocol                                                 Functional Specification 
  1592.  
  1593.  
  1594.  
  1595.       In providing interprocess communication facilities, the TCP must       not only accept commands, but must also return information to the       processes it serves.  The latter consists of: 
  1596.  
  1597.         (a) general information about a connection (e.g., interrupts,         remote close, binding of unspecified foreign socket). 
  1598.  
  1599.         (b) replies to specific user commands indicating success or         various types of failure. 
  1600.  
  1601.       Open 
  1602.  
  1603.         Format:  OPEN (local port, foreign socket, active/passive         [, timeout] [, precedence] [, security/compartment] [, options])         -> local connection name 
  1604.  
  1605.         We assume that the local TCP is aware of the identity of the         processes it serves and will check the authority of the process         to use the connection specified.  Depending upon the         implementation of the TCP, the local network and TCP identifiers         for the source address will either be supplied by the TCP or the         lower level protocol (e.g., IP).  These considerations are the         result of concern about security, to the extent that no TCP be         able to masquerade as another one, and so on.  Similarly, no         process can masquerade as another without the collusion of the         TCP. 
  1606.  
  1607.         If the active/passive flag is set to passive, then this is a         call to LISTEN for an incoming connection.  A passive open may         have either a fully specified foreign socket to wait for a         particular connection or an unspecified foreign socket to wait         for any call.  A fully specified passive call can be made active         by the subsequent execution of a SEND. 
  1608.  
  1609.         A transmission control block (TCB) is created and partially         filled in with data from the OPEN command parameters. 
  1610.  
  1611.         On an active OPEN command, the TCP will begin the procedure to         synchronize (i.e., establish) the connection at once. 
  1612.  
  1613.         The timeout, if present, permits the caller to set up a timeout         for all data submitted to TCP.  If data is not successfully         delivered to the destination within the timeout period, the TCP         will abort the connection.  The present global default is five         minutes. 
  1614.  
  1615.         The TCP or some component of the operating system will verify         the users authority to open a connection with the specified 
  1616.  
  1617.                                                                 [Page 45] 
  1618.  
  1619.  
  1620.                                                           September 1981 Transmission Control Protocol Functional Specification 
  1621.  
  1622.  
  1623.  
  1624.         precedence or security/compartment.  The absence of precedence         or security/compartment specification in the OPEN call indicates         the default values must be used. 
  1625.  
  1626.         TCP will accept incoming requests as matching only if the         security/compartment information is exactly the same and only if         the precedence is equal to or higher than the precedence         requested in the OPEN call. 
  1627.  
  1628.         The precedence for the connection is the higher of the values         requested in the OPEN call and received from the incoming         request, and fixed at that value for the life of the         connection.Implementers may want to give the user control of         this precedence negotiation.  For example, the user might be         allowed to specify that the precedence must be exactly matched,         or that any attempt to raise the precedence be confirmed by the         user. 
  1629.  
  1630.         A local connection name will be returned to the user by the TCP.         The local connection name can then be used as a short hand term         for the connection defined by the <local socket, foreign socket>         pair. 
  1631.  
  1632.       Send 
  1633.  
  1634.         Format:  SEND (local connection name, buffer address, byte         count, PUSH flag, URGENT flag [,timeout]) 
  1635.  
  1636.         This call causes the data contained in the indicated user buffer         to be sent on the indicated connection.  If the connection has         not been opened, the SEND is considered an error.  Some         implementations may allow users to SEND first; in which case, an         automatic OPEN would be done.  If the calling process is not         authorized to use this connection, an error is returned. 
  1637.  
  1638.         If the PUSH flag is set, the data must be transmitted promptly         to the receiver, and the PUSH bit will be set in the last TCP         segment created from the buffer.  If the PUSH flag is not set,         the data may be combined with data from subsequent SENDs for         transmission efficiency. 
  1639.  
  1640.         If the URGENT flag is set, segments sent to the destination TCP         will have the urgent pointer set.  The receiving TCP will signal         the urgent condition to the receiving process if the urgent         pointer indicates that data preceding the urgent pointer has not         been consumed by the receiving process.  The purpose of urgent         is to stimulate the receiver to process the urgent data and to         indicate to the receiver when all the currently known urgent 
  1641.  
  1642.  [Page 46]                                                                
  1643.  
  1644.  
  1645. September 1981                                                                                                      Transmission Control Protocol                                                 Functional Specification 
  1646.  
  1647.  
  1648.  
  1649.         data has been received.  The number of times the sending user's         TCP signals urgent will not necessarily be equal to the number         of times the receiving user will be notified of the presence of         urgent data. 
  1650.  
  1651.         If no foreign socket was specified in the OPEN, but the         connection is established (e.g., because a LISTENing connection         has become specific due to a foreign segment arriving for the         local socket), then the designated buffer is sent to the implied         foreign socket.  Users who make use of OPEN with an unspecified         foreign socket can make use of SEND without ever explicitly         knowing the foreign socket address. 
  1652.  
  1653.         However, if a SEND is attempted before the foreign socket         becomes specified, an error will be returned.  Users can use the         STATUS call to determine the status of the connection.  In some         implementations the TCP may notify the user when an unspecified         socket is bound. 
  1654.  
  1655.         If a timeout is specified, the current user timeout for this         connection is changed to the new one. 
  1656.  
  1657.         In the simplest implementation, SEND would not return control to         the sending process until either the transmission was complete         or the timeout had been exceeded.  However, this simple method         is both subject to deadlocks (for example, both sides of the         connection might try to do SENDs before doing any RECEIVEs) and         offers poor performance, so it is not recommended.  A more         sophisticated implementation would return immediately to allow         the process to run concurrently with network I/O, and,         furthermore, to allow multiple SENDs to be in progress.         Multiple SENDs are served in first come, first served order, so         the TCP will queue those it cannot service immediately. 
  1658.  
  1659.         We have implicitly assumed an asynchronous user interface in         which a SEND later elicits some kind of SIGNAL or         pseudo-interrupt from the serving TCP.  An alternative is to         return a response immediately.  For instance, SENDs might return         immediate local acknowledgment, even if the segment sent had not         been acknowledged by the distant TCP.  We could optimistically         assume eventual success.  If we are wrong, the connection will         close anyway due to the timeout.  In implementations of this         kind (synchronous), there will still be some asynchronous         signals, but these will deal with the connection itself, and not         with specific segments or buffers. 
  1660.  
  1661.         In order for the process to distinguish among error or success         indications for different SENDs, it might be appropriate for the 
  1662.  
  1663.                                                                 [Page 47] 
  1664.  
  1665.  
  1666.                                                           September 1981 Transmission Control Protocol Functional Specification 
  1667.  
  1668.  
  1669.  
  1670.         buffer address to be returned along with the coded response to         the SEND request.  TCP-to-user signals are discussed below,         indicating the information which should be returned to the         calling process. 
  1671.  
  1672.       Receive 
  1673.  
  1674.         Format:  RECEIVE (local connection name, buffer address, byte         count) -> byte count, urgent flag, push flag 
  1675.  
  1676.         This command allocates a receiving buffer associated with the         specified connection.  If no OPEN precedes this command or the         calling process is not authorized to use this connection, an         error is returned. 
  1677.  
  1678.         In the simplest implementation, control would not return to the         calling program until either the buffer was filled, or some         error occurred, but this scheme is highly subject to deadlocks.         A more sophisticated implementation would permit several         RECEIVEs to be outstanding at once.  These would be filled as         segments arrive.  This strategy permits increased throughput at         the cost of a more elaborate scheme (possibly asynchronous) to         notify the calling program that a PUSH has been seen or a buffer         filled. 
  1679.  
  1680.         If enough data arrive to fill the buffer before a PUSH is seen,         the PUSH flag will not be set in the response to the RECEIVE.         The buffer will be filled with as much data as it can hold.  If         a PUSH is seen before the buffer is filled the buffer will be         returned partially filled and PUSH indicated. 
  1681.  
  1682.         If there is urgent data the user will have been informed as soon         as it arrived via a TCP-to-user signal.  The receiving user         should thus be in "urgent mode".  If the URGENT flag is on,         additional urgent data remains.  If the URGENT flag is off, this         call to RECEIVE has returned all the urgent data, and the user         may now leave "urgent mode".  Note that data following the         urgent pointer (non-urgent data) cannot be delivered to the user         in the same buffer with preceeding urgent data unless the         boundary is clearly marked for the user. 
  1683.  
  1684.         To distinguish among several outstanding RECEIVEs and to take         care of the case that a buffer is not completely filled, the         return code is accompanied by both a buffer pointer and a byte         count indicating the actual length of the data received. 
  1685.  
  1686.         Alternative implementations of RECEIVE might have the TCP 
  1687.  
  1688.  
  1689.  
  1690. [Page 48]                                                                
  1691.  
  1692.  
  1693. September 1981                                                                                                      Transmission Control Protocol                                                 Functional Specification 
  1694.  
  1695.  
  1696.  
  1697.         allocate buffer storage, or the TCP might share a ring buffer         with the user. 
  1698.  
  1699.       Close 
  1700.  
  1701.         Format:  CLOSE (local connection name) 
  1702.  
  1703.         This command causes the connection specified to be closed.  If         the connection is not open or the calling process is not         authorized to use this connection, an error is returned.         Closing connections is intended to be a graceful operation in         the sense that outstanding SENDs will be transmitted (and         retransmitted), as flow control permits, until all have been         serviced.  Thus, it should be acceptable to make several SEND         calls, followed by a CLOSE, and expect all the data to be sent         to the destination.  It should also be clear that users should         continue to RECEIVE on CLOSING connections, since the other side         may be trying to transmit the last of its data.  Thus, CLOSE         means "I have no more to send" but does not mean "I will not         receive any more."  It may happen (if the user level protocol is         not well thought out) that the closing side is unable to get rid         of all its data before timing out.  In this event, CLOSE turns         into ABORT, and the closing TCP gives up. 
  1704.  
  1705.         The user may CLOSE the connection at any time on his own         initiative, or in response to various prompts from the TCP         (e.g., remote close executed, transmission timeout exceeded,         destination inaccessible). 
  1706.  
  1707.         Because closing a connection requires communication with the         foreign TCP, connections may remain in the closing state for a         short time.  Attempts to reopen the connection before the TCP         replies to the CLOSE command will result in error responses. 
  1708.  
  1709.         Close also implies push function. 
  1710.  
  1711.       Status 
  1712.  
  1713.         Format:  STATUS (local connection name) -> status data 
  1714.  
  1715.         This is an implementation dependent user command and could be         excluded without adverse effect.  Information returned would         typically come from the TCB associated with the connection. 
  1716.  
  1717.         This command returns a data block containing the following         information: 
  1718.  
  1719.           local socket, 
  1720.  
  1721.                                                                 [Page 49] 
  1722.  
  1723.  
  1724.                                                           September 1981 Transmission Control Protocol Functional Specification 
  1725.  
  1726.  
  1727.  
  1728.           foreign socket,           local connection name,           receive window,           send window,           connection state,           number of buffers awaiting acknowledgment,           number of buffers pending receipt,           urgent state,           precedence,           security/compartment,           and transmission timeout. 
  1729.  
  1730.         Depending on the state of the connection, or on the         implementation itself, some of this information may not be         available or meaningful.  If the calling process is not         authorized to use this connection, an error is returned.  This         prevents unauthorized processes from gaining information about a         connection. 
  1731.  
  1732.       Abort 
  1733.  
  1734.         Format:  ABORT (local connection name) 
  1735.  
  1736.         This command causes all pending SENDs and RECEIVES to be         aborted, the TCB to be removed, and a special RESET message to         be sent to the TCP on the other side of the connection.         Depending on the implementation, users may receive abort         indications for each outstanding SEND or RECEIVE, or may simply         receive an ABORT-acknowledgment. 
  1737.  
  1738.     TCP-to-User Messages 
  1739.  
  1740.       It is assumed that the operating system environment provides a       means for the TCP to asynchronously signal the user program.  When       the TCP does signal a user program, certain information is passed       to the user.  Often in the specification the information will be       an error message.  In other cases there will be information       relating to the completion of processing a SEND or RECEIVE or       other user call. 
  1741.  
  1742.       The following information is provided: 
  1743.  
  1744.         Local Connection Name                    Always         Response String                          Always         Buffer Address                           Send & Receive         Byte count (counts bytes received)       Receive         Push flag                                Receive         Urgent flag                              Receive 
  1745.  
  1746.  [Page 50]                                                                
  1747.  
  1748.  
  1749. September 1981                                                                                                      Transmission Control Protocol                                                 Functional Specification 
  1750.  
  1751.  
  1752.  
  1753.   TCP/Lower-Level Interface 
  1754.  
  1755.     The TCP calls on a lower level protocol module to actually send and     receive information over a network.  One case is that of the ARPA     internetwork system where the lower level module is the Internet     Protocol (IP) [2]. 
  1756.  
  1757.     If the lower level protocol is IP it provides arguments for a type     of service and for a time to live.  TCP uses the following settings     for these parameters: 
  1758.  
  1759.       Type of Service = Precedence: routine, Delay: normal, Throughput:       normal, Reliability: normal; or 00000000. 
  1760.  
  1761.       Time to Live    = one minute, or 00111100. 
  1762.  
  1763.         Note that the assumed maximum segment lifetime is two minutes.         Here we explicitly ask that a segment be destroyed if it cannot         be delivered by the internet system within one minute. 
  1764.  
  1765.     If the lower level is IP (or other protocol that provides this     feature) and source routing is used, the interface must allow the     route information to be communicated.  This is especially important     so that the source and destination addresses used in the TCP     checksum be the originating source and ultimate destination. It is     also important to preserve the return route to answer connection     requests. 
  1766.  
  1767.     Any lower level protocol will have to provide the source address,     destination address, and protocol fields, and some way to determine     the "TCP length", both to provide the functional equivlent service     of IP and to be used in the TCP checksum. 
  1768.  
  1769.  
  1770.  
  1771.  
  1772.  
  1773.  
  1774.  
  1775.  
  1776.  
  1777.  
  1778.  
  1779.  
  1780.  
  1781.  
  1782.  
  1783.  
  1784.  
  1785.                                                                 [Page 51] 
  1786.  
  1787.  
  1788.                                                           September 1981 Transmission Control Protocol Functional Specification 
  1789.  
  1790.  
  1791.  
  1792. 3.9.  Event Processing 
  1793.  
  1794.   The processing depicted in this section is an example of one possible   implementation.  Other implementations may have slightly different   processing sequences, but they should differ from those in this   section only in detail, not in substance. 
  1795.  
  1796.   The activity of the TCP can be characterized as responding to events.   The events that occur can be cast into three categories:  user calls,   arriving segments, and timeouts.  This section describes the   processing the TCP does in response to each of the events.  In many   cases the processing required depends on the state of the connection. 
  1797.  
  1798.     Events that occur: 
  1799.  
  1800.       User Calls 
  1801.  
  1802.         OPEN         SEND         RECEIVE         CLOSE         ABORT         STATUS 
  1803.  
  1804.       Arriving Segments 
  1805.  
  1806.         SEGMENT ARRIVES 
  1807.  
  1808.       Timeouts 
  1809.  
  1810.         USER TIMEOUT         RETRANSMISSION TIMEOUT         TIME-WAIT TIMEOUT 
  1811.  
  1812.   The model of the TCP/user interface is that user commands receive an   immediate return and possibly a delayed response via an event or   pseudo interrupt.  In the following descriptions, the term "signal"   means cause a delayed response. 
  1813.  
  1814.   Error responses are given as character strings.  For example, user   commands referencing connections that do not exist receive "error:   connection not open". 
  1815.  
  1816.   Please note in the following that all arithmetic on sequence numbers,   acknowledgment numbers, windows, et cetera, is modulo 2**32 the size   of the sequence number space.  Also note that "=<" means less than or   equal to (modulo 2**32). 
  1817.  
  1818.  
  1819.  
  1820. [Page 52]                                                                
  1821.  
  1822.  
  1823. September 1981                                                                                                      Transmission Control Protocol                                                 Functional Specification 
  1824.  
  1825.  
  1826.  
  1827.   A natural way to think about processing incoming segments is to   imagine that they are first tested for proper sequence number (i.e.,   that their contents lie in the range of the expected "receive window"   in the sequence number space) and then that they are generally queued   and processed in sequence number order. 
  1828.  
  1829.   When a segment overlaps other already received segments we reconstruct   the segment to contain just the new data, and adjust the header fields   to be consistent. 
  1830.  
  1831.   Note that if no state change is mentioned the TCP stays in the same   state. 
  1832.  
  1833.  
  1834.  
  1835.  
  1836.  
  1837.  
  1838.  
  1839.  
  1840.  
  1841.  
  1842.  
  1843.  
  1844.  
  1845.  
  1846.  
  1847.  
  1848.  
  1849.  
  1850.  
  1851.  
  1852.  
  1853.  
  1854.  
  1855.  
  1856.  
  1857.  
  1858.  
  1859.  
  1860.  
  1861.  
  1862.  
  1863.  
  1864.  
  1865.  
  1866.  
  1867.  
  1868.  
  1869.                                                                 [Page 53] 
  1870.  
  1871.  
  1872.                                                           September 1981 Transmission Control Protocol Functional Specification                                                                OPEN Call 
  1873.  
  1874.  
  1875.  
  1876.   OPEN Call 
  1877.  
  1878.     CLOSED STATE (i.e., TCB does not exist) 
  1879.  
  1880.       Create a new transmission control block (TCB) to hold connection       state information.  Fill in local socket identifier, foreign       socket, precedence, security/compartment, and user timeout       information.  Note that some parts of the foreign socket may be       unspecified in a passive OPEN and are to be filled in by the       parameters of the incoming SYN segment.  Verify the security and       precedence requested are allowed for this user, if not return       "error:  precedence not allowed" or "error:  security/compartment       not allowed."  If passive enter the LISTEN state and return.  If       active and the foreign socket is unspecified, return "error:       foreign socket unspecified"; if active and the foreign socket is       specified, issue a SYN segment.  An initial send sequence number       (ISS) is selected.  A SYN segment of the form <SEQ=ISS><CTL=SYN>       is sent.  Set SND.UNA to ISS, SND.NXT to ISS+1, enter SYN-SENT       state, and return. 
  1881.  
  1882.       If the caller does not have access to the local socket specified,       return "error:  connection illegal for this process".  If there is       no room to create a new connection, return "error:  insufficient       resources". 
  1883.  
  1884.     LISTEN STATE 
  1885.  
  1886.       If active and the foreign socket is specified, then change the       connection from passive to active, select an ISS.  Send a SYN       segment, set SND.UNA to ISS, SND.NXT to ISS+1.  Enter SYN-SENT       state.  Data associated with SEND may be sent with SYN segment or       queued for transmission after entering ESTABLISHED state.  The       urgent bit if requested in the command must be sent with the data       segments sent as a result of this command.  If there is no room to       queue the request, respond with "error:  insufficient resources".       If Foreign socket was not specified, then return "error:  foreign       socket unspecified". 
  1887.  
  1888.  
  1889.  
  1890.  
  1891.  
  1892.   
  1893.  
  1894.  
  1895.  
  1896.  
  1897.  
  1898. [Page 54]                                                                
  1899.  
  1900.  
  1901. September 1981                                                                                                      Transmission Control Protocol                                                 Functional Specification OPEN Call 
  1902.  
  1903.  
  1904.  
  1905.     SYN-SENT STATE     SYN-RECEIVED STATE     ESTABLISHED STATE     FIN-WAIT-1 STATE     FIN-WAIT-2 STATE     CLOSE-WAIT STATE     CLOSING STATE     LAST-ACK STATE     TIME-WAIT STATE 
  1906.  
  1907.       Return "error:  connection already exists". 
  1908.  
  1909.  
  1910.  
  1911.  
  1912.  
  1913.  
  1914.  
  1915.  
  1916.  
  1917.  
  1918.  
  1919.  
  1920.  
  1921.  
  1922.  
  1923.  
  1924.  
  1925.  
  1926.  
  1927.  
  1928.  
  1929.  
  1930.  
  1931.  
  1932.  
  1933.  
  1934.  
  1935.  
  1936.  
  1937.  
  1938.  
  1939.  
  1940.  
  1941.  
  1942.  
  1943.  
  1944.  
  1945.                                                                 [Page 55] 
  1946.  
  1947.  
  1948.                                                           September 1981 Transmission Control Protocol Functional Specification                                                                SEND Call 
  1949.  
  1950.  
  1951.  
  1952.   SEND Call 
  1953.  
  1954.     CLOSED STATE (i.e., TCB does not exist) 
  1955.  
  1956.       If the user does not have access to such a connection, then return       "error:  connection illegal for this process". 
  1957.  
  1958.       Otherwise, return "error:  connection does not exist". 
  1959.  
  1960.     LISTEN STATE 
  1961.  
  1962.       If the foreign socket is specified, then change the connection       from passive to active, select an ISS.  Send a SYN segment, set       SND.UNA to ISS, SND.NXT to ISS+1.  Enter SYN-SENT state.  Data       associated with SEND may be sent with SYN segment or queued for       transmission after entering ESTABLISHED state.  The urgent bit if       requested in the command must be sent with the data segments sent       as a result of this command.  If there is no room to queue the       request, respond with "error:  insufficient resources".  If       Foreign socket was not specified, then return "error:  foreign       socket unspecified". 
  1963.  
  1964.     SYN-SENT STATE     SYN-RECEIVED STATE 
  1965.  
  1966.       Queue the data for transmission after entering ESTABLISHED state.       If no space to queue, respond with "error:  insufficient       resources". 
  1967.  
  1968.     ESTABLISHED STATE     CLOSE-WAIT STATE 
  1969.  
  1970.       Segmentize the buffer and send it with a piggybacked       acknowledgment (acknowledgment value = RCV.NXT).  If there is       insufficient space to remember this buffer, simply return "error:       insufficient resources". 
  1971.  
  1972.       If the urgent flag is set, then SND.UP <- SND.NXT-1 and set the       urgent pointer in the outgoing segments. 
  1973.  
  1974.  
  1975.  
  1976.  
  1977.  
  1978.  
  1979.  
  1980.  
  1981.  
  1982.  [Page 56]                                                                
  1983.  
  1984.  
  1985. September 1981                                                                                                      Transmission Control Protocol                                                 Functional Specification SEND Call 
  1986.  
  1987.  
  1988.  
  1989.     FIN-WAIT-1 STATE     FIN-WAIT-2 STATE     CLOSING STATE     LAST-ACK STATE     TIME-WAIT STATE 
  1990.  
  1991.       Return "error:  connection closing" and do not service request. 
  1992.  
  1993.  
  1994.  
  1995.  
  1996.  
  1997.  
  1998.  
  1999.  
  2000.  
  2001.  
  2002.  
  2003.  
  2004.  
  2005.  
  2006.  
  2007.  
  2008.  
  2009.  
  2010.  
  2011.  
  2012.  
  2013.  
  2014.  
  2015.  
  2016.  
  2017.  
  2018.  
  2019.  
  2020.  
  2021.  
  2022.  
  2023.  
  2024.  
  2025.   
  2026.  
  2027.  
  2028.  
  2029.  
  2030.  
  2031.  
  2032.  
  2033.                                                                [Page 57] 
  2034.  
  2035.  
  2036.                                                           September 1981 Transmission Control Protocol Functional Specification                                                             RECEIVE Call 
  2037.  
  2038.  
  2039.  
  2040.   RECEIVE Call 
  2041.  
  2042.     CLOSED STATE (i.e., TCB does not exist) 
  2043.  
  2044.       If the user does not have access to such a connection, return       "error:  connection illegal for this process". 
  2045.  
  2046.       Otherwise return "error:  connection does not exist". 
  2047.  
  2048.     LISTEN STATE     SYN-SENT STATE     SYN-RECEIVED STATE 
  2049.  
  2050.       Queue for processing after entering ESTABLISHED state.  If there       is no room to queue this request, respond with "error:       insufficient resources". 
  2051.  
  2052.     ESTABLISHED STATE     FIN-WAIT-1 STATE     FIN-WAIT-2 STATE 
  2053.  
  2054.       If insufficient incoming segments are queued to satisfy the       request, queue the request.  If there is no queue space to       remember the RECEIVE, respond with "error:  insufficient       resources". 
  2055.  
  2056.       Reassemble queued incoming segments into receive buffer and return       to user.  Mark "push seen" (PUSH) if this is the case. 
  2057.  
  2058.       If RCV.UP is in advance of the data currently being passed to the       user notify the user of the presence of urgent data. 
  2059.  
  2060.       When the TCP takes responsibility for delivering data to the user       that fact must be communicated to the sender via an       acknowledgment.  The formation of such an acknowledgment is       described below in the discussion of processing an incoming       segment. 
  2061.  
  2062.  
  2063.  
  2064.  
  2065.  
  2066.  
  2067.  
  2068.  
  2069.  
  2070.  
  2071.  
  2072.  [Page 58]                                                                
  2073.  
  2074.  
  2075. September 1981                                                                                                      Transmission Control Protocol                                                 Functional Specification RECEIVE Call 
  2076.  
  2077.  
  2078.  
  2079.     CLOSE-WAIT STATE 
  2080.  
  2081.       Since the remote side has already sent FIN, RECEIVEs must be       satisfied by text already on hand, but not yet delivered to the       user.  If no text is awaiting delivery, the RECEIVE will get a       "error:  connection closing" response.  Otherwise, any remaining       text can be used to satisfy the RECEIVE. 
  2082.  
  2083.     CLOSING STATE     LAST-ACK STATE     TIME-WAIT STATE 
  2084.  
  2085.       Return "error:  connection closing". 
  2086.  
  2087.  
  2088.  
  2089.  
  2090.  
  2091.  
  2092.  
  2093.  
  2094.  
  2095.  
  2096.  
  2097.  
  2098.  
  2099.  
  2100.  
  2101.  
  2102.  
  2103.  
  2104.  
  2105.  
  2106.  
  2107.  
  2108.  
  2109.  
  2110.  
  2111.  
  2112.  
  2113.  
  2114.  
  2115.  
  2116.  
  2117.  
  2118.  
  2119.  
  2120.  
  2121.                                                                 [Page 59] 
  2122.  
  2123.  
  2124.                                                           September 1981 Transmission Control Protocol Functional Specification                                                               CLOSE Call 
  2125.  
  2126.  
  2127.  
  2128.   CLOSE Call 
  2129.  
  2130.     CLOSED STATE (i.e., TCB does not exist) 
  2131.  
  2132.       If the user does not have access to such a connection, return       "error:  connection illegal for this process". 
  2133.  
  2134.       Otherwise, return "error:  connection does not exist". 
  2135.  
  2136.     LISTEN STATE 
  2137.  
  2138.       Any outstanding RECEIVEs are returned with "error:  closing"       responses.  Delete TCB, enter CLOSED state, and return. 
  2139.  
  2140.     SYN-SENT STATE 
  2141.  
  2142.       Delete the TCB and return "error:  closing" responses to any       queued SENDs, or RECEIVEs. 
  2143.  
  2144.     SYN-RECEIVED STATE 
  2145.  
  2146.       If no SENDs have been issued and there is no pending data to send,       then form a FIN segment and send it, and enter FIN-WAIT-1 state;       otherwise queue for processing after entering ESTABLISHED state. 
  2147.  
  2148.     ESTABLISHED STATE 
  2149.  
  2150.       Queue this until all preceding SENDs have been segmentized, then       form a FIN segment and send it.  In any case, enter FIN-WAIT-1       state. 
  2151.  
  2152.     FIN-WAIT-1 STATE     FIN-WAIT-2 STATE 
  2153.  
  2154.       Strictly speaking, this is an error and should receive a "error:       connection closing" response.  An "ok" response would be       acceptable, too, as long as a second FIN is not emitted (the first       FIN may be retransmitted though). 
  2155.  
  2156.  
  2157.  
  2158.  
  2159.  
  2160.  
  2161.  
  2162.  
  2163.  
  2164.  
  2165.  
  2166. [Page 60]                                                                
  2167.  
  2168.  
  2169. September 1981                                                                                                      Transmission Control Protocol                                                 Functional Specification CLOSE Call 
  2170.  
  2171.  
  2172.  
  2173.     CLOSE-WAIT STATE 
  2174.  
  2175.       Queue this request until all preceding SENDs have been       segmentized; then send a FIN segment, enter CLOSING state. 
  2176.  
  2177.     CLOSING STATE     LAST-ACK STATE     TIME-WAIT STATE 
  2178.  
  2179.       Respond with "error:  connection closing". 
  2180.  
  2181.  
  2182.  
  2183.  
  2184.  
  2185.  
  2186.  
  2187.  
  2188.  
  2189.  
  2190.  
  2191.  
  2192.  
  2193.  
  2194.  
  2195.  
  2196.  
  2197.  
  2198.  
  2199.  
  2200.  
  2201.  
  2202.  
  2203.  
  2204.  
  2205.  
  2206.  
  2207.  
  2208.  
  2209.  
  2210.  
  2211.  
  2212.  
  2213.  
  2214.  
  2215.  
  2216.  
  2217.  
  2218.  
  2219.                                                                [Page 61] 
  2220.  
  2221.  
  2222.                                                           September 1981 Transmission Control Protocol Functional Specification                                                               ABORT Call 
  2223.  
  2224.  
  2225.  
  2226.   ABORT Call 
  2227.  
  2228.     CLOSED STATE (i.e., TCB does not exist) 
  2229.  
  2230.       If the user should not have access to such a connection, return       "error:  connection illegal for this process". 
  2231.  
  2232.       Otherwise return "error:  connection does not exist". 
  2233.  
  2234.     LISTEN STATE 
  2235.  
  2236.       Any outstanding RECEIVEs should be returned with "error:       connection reset" responses.  Delete TCB, enter CLOSED state, and       return. 
  2237.  
  2238.     SYN-SENT STATE 
  2239.  
  2240.       All queued SENDs and RECEIVEs should be given "connection reset"       notification, delete the TCB, enter CLOSED state, and return. 
  2241.  
  2242.     SYN-RECEIVED STATE     ESTABLISHED STATE     FIN-WAIT-1 STATE     FIN-WAIT-2 STATE     CLOSE-WAIT STATE 
  2243.  
  2244.       Send a reset segment: 
  2245.  
  2246.         <SEQ=SND.NXT><CTL=RST> 
  2247.  
  2248.       All queued SENDs and RECEIVEs should be given "connection reset"       notification; all segments queued for transmission (except for the       RST formed above) or retransmission should be flushed, delete the       TCB, enter CLOSED state, and return. 
  2249.  
  2250.     CLOSING STATE     LAST-ACK STATE     TIME-WAIT STATE 
  2251.  
  2252.       Respond with "ok" and delete the TCB, enter CLOSED state, and       return. 
  2253.  
  2254.  
  2255.  
  2256.  
  2257.  
  2258.  
  2259.  
  2260.  [Page 62]                                                                
  2261.  
  2262.  
  2263. September 1981                                                                                                      Transmission Control Protocol                                                 Functional Specification STATUS Call 
  2264.  
  2265.  
  2266.  
  2267.   STATUS Call 
  2268.  
  2269.     CLOSED STATE (i.e., TCB does not exist) 
  2270.  
  2271.       If the user should not have access to such a connection, return       "error:  connection illegal for this process". 
  2272.  
  2273.       Otherwise return "error:  connection does not exist". 
  2274.  
  2275.     LISTEN STATE 
  2276.  
  2277.       Return "state = LISTEN", and the TCB pointer. 
  2278.  
  2279.     SYN-SENT STATE 
  2280.  
  2281.       Return "state = SYN-SENT", and the TCB pointer. 
  2282.  
  2283.     SYN-RECEIVED STATE 
  2284.  
  2285.       Return "state = SYN-RECEIVED", and the TCB pointer. 
  2286.  
  2287.     ESTABLISHED STATE 
  2288.  
  2289.       Return "state = ESTABLISHED", and the TCB pointer. 
  2290.  
  2291.     FIN-WAIT-1 STATE 
  2292.  
  2293.       Return "state = FIN-WAIT-1", and the TCB pointer. 
  2294.  
  2295.     FIN-WAIT-2 STATE 
  2296.  
  2297.       Return "state = FIN-WAIT-2", and the TCB pointer. 
  2298.  
  2299.     CLOSE-WAIT STATE 
  2300.  
  2301.       Return "state = CLOSE-WAIT", and the TCB pointer. 
  2302.  
  2303.     CLOSING STATE 
  2304.  
  2305.       Return "state = CLOSING", and the TCB pointer. 
  2306.  
  2307.     LAST-ACK STATE 
  2308.  
  2309.       Return "state = LAST-ACK", and the TCB pointer. 
  2310.  
  2311.  
  2312.  
  2313.  
  2314.  
  2315.                                                                [Page 63] 
  2316.  
  2317.  
  2318.                                                           September 1981 Transmission Control Protocol Functional Specification                                                              STATUS Call 
  2319.  
  2320.  
  2321.  
  2322.     TIME-WAIT STATE 
  2323.  
  2324.       Return "state = TIME-WAIT", and the TCB pointer. 
  2325.  
  2326.  
  2327.  
  2328.  
  2329.  
  2330.  
  2331.  
  2332.  
  2333.  
  2334.  
  2335.  
  2336.  
  2337.  
  2338.  
  2339.  
  2340.  
  2341.  
  2342.  
  2343.  
  2344.  
  2345.  
  2346.  
  2347.  
  2348.  
  2349.  
  2350.  
  2351.  
  2352.  
  2353.  
  2354.  
  2355.  
  2356.  
  2357.  
  2358.  
  2359.  
  2360.  
  2361.  
  2362.  
  2363.  
  2364.  
  2365.  
  2366.  
  2367.  
  2368.  
  2369.  
  2370.  [Page 64]                                                                
  2371.  
  2372.  
  2373. September 1981                                                                                                      Transmission Control Protocol                                                 Functional Specification SEGMENT ARRIVES 
  2374.  
  2375.  
  2376.  
  2377.   SEGMENT ARRIVES 
  2378.  
  2379.     If the state is CLOSED (i.e., TCB does not exist) then 
  2380.  
  2381.       all data in the incoming segment is discarded.  An incoming       segment containing a RST is discarded.  An incoming segment not       containing a RST causes a RST to be sent in response.  The       acknowledgment and sequence field values are selected to make the       reset sequence acceptable to the TCP that sent the offending       segment. 
  2382.  
  2383.       If the ACK bit is off, sequence number zero is used, 
  2384.  
  2385.         <SEQ=0><ACK=SEG.SEQ+SEG.LEN><CTL=RST,ACK> 
  2386.  
  2387.       If the ACK bit is on, 
  2388.  
  2389.         <SEQ=SEG.ACK><CTL=RST> 
  2390.  
  2391.       Return. 
  2392.  
  2393.     If the state is LISTEN then 
  2394.  
  2395.       first check for an RST 
  2396.  
  2397.         An incoming RST should be ignored.  Return. 
  2398.  
  2399.       second check for an ACK 
  2400.  
  2401.         Any acknowledgment is bad if it arrives on a connection still in         the LISTEN state.  An acceptable reset segment should be formed         for any arriving ACK-bearing segment.  The RST should be         formatted as follows: 
  2402.  
  2403.           <SEQ=SEG.ACK><CTL=RST> 
  2404.  
  2405.         Return. 
  2406.  
  2407.       third check for a SYN 
  2408.  
  2409.         If the SYN bit is set, check the security.  If the         security/compartment on the incoming segment does not exactly         match the security/compartment in the TCB then send a reset and         return. 
  2410.  
  2411.           <SEQ=SEG.ACK><CTL=RST> 
  2412.  
  2413.  
  2414.  
  2415.                                                                [Page 65] 
  2416.  
  2417.  
  2418.                                                           September 1981 Transmission Control Protocol Functional Specification                                                          SEGMENT ARRIVES 
  2419.  
  2420.  
  2421.  
  2422.         If the SEG.PRC is greater than the TCB.PRC then if allowed by         the user and the system set TCB.PRC<-SEG.PRC, if not allowed         send a reset and return. 
  2423.  
  2424.           <SEQ=SEG.ACK><CTL=RST> 
  2425.  
  2426.         If the SEG.PRC is less than the TCB.PRC then continue. 
  2427.  
  2428.         Set RCV.NXT to SEG.SEQ+1, IRS is set to SEG.SEQ and any other         control or text should be queued for processing later.  ISS         should be selected and a SYN segment sent of the form: 
  2429.  
  2430.           <SEQ=ISS><ACK=RCV.NXT><CTL=SYN,ACK> 
  2431.  
  2432.         SND.NXT is set to ISS+1 and SND.UNA to ISS.  The connection         state should be changed to SYN-RECEIVED.  Note that any other         incoming control or data (combined with SYN) will be processed         in the SYN-RECEIVED state, but processing of SYN and ACK should         not be repeated.  If the listen was not fully specified (i.e.,         the foreign socket was not fully specified), then the         unspecified fields should be filled in now. 
  2433.  
  2434.       fourth other text or control 
  2435.  
  2436.         Any other control or text-bearing segment (not containing SYN)         must have an ACK and thus would be discarded by the ACK         processing.  An incoming RST segment could not be valid, since         it could not have been sent in response to anything sent by this         incarnation of the connection.  So you are unlikely to get here,         but if you do, drop the segment, and return. 
  2437.  
  2438.     If the state is SYN-SENT then 
  2439.  
  2440.       first check the ACK bit 
  2441.  
  2442.         If the ACK bit is set 
  2443.  
  2444.           If SEG.ACK =< ISS, or SEG.ACK > SND.NXT, send a reset (unless           the RST bit is set, if so drop the segment and return) 
  2445.  
  2446.             <SEQ=SEG.ACK><CTL=RST> 
  2447.  
  2448.           and discard the segment.  Return. 
  2449.  
  2450.           If SND.UNA =< SEG.ACK =< SND.NXT then the ACK is acceptable. 
  2451.  
  2452.       second check the RST bit 
  2453.  
  2454.  [Page 66]                                                                
  2455.  
  2456.  
  2457. September 1981                                                                                                      Transmission Control Protocol                                                 Functional Specification SEGMENT ARRIVES 
  2458.  
  2459.  
  2460.  
  2461.         If the RST bit is set 
  2462.  
  2463.           If the ACK was acceptable then signal the user "error:           connection reset", drop the segment, enter CLOSED state,           delete TCB, and return.  Otherwise (no ACK) drop the segment           and return. 
  2464.  
  2465.       third check the security and precedence 
  2466.  
  2467.         If the security/compartment in the segment does not exactly         match the security/compartment in the TCB, send a reset 
  2468.  
  2469.           If there is an ACK 
  2470.  
  2471.             <SEQ=SEG.ACK><CTL=RST> 
  2472.  
  2473.           Otherwise 
  2474.  
  2475.             <SEQ=0><ACK=SEG.SEQ+SEG.LEN><CTL=RST,ACK> 
  2476.  
  2477.         If there is an ACK 
  2478.  
  2479.           The precedence in the segment must match the precedence in the           TCB, if not, send a reset 
  2480.  
  2481.             <SEQ=SEG.ACK><CTL=RST> 
  2482.  
  2483.         If there is no ACK 
  2484.  
  2485.           If the precedence in the segment is higher than the precedence           in the TCB then if allowed by the user and the system raise           the precedence in the TCB to that in the segment, if not           allowed to raise the prec then send a reset. 
  2486.  
  2487.             <SEQ=0><ACK=SEG.SEQ+SEG.LEN><CTL=RST,ACK> 
  2488.  
  2489.           If the precedence in the segment is lower than the precedence           in the TCB continue. 
  2490.  
  2491.         If a reset was sent, discard the segment and return. 
  2492.  
  2493.       fourth check the SYN bit 
  2494.  
  2495.         This step should be reached only if the ACK is ok, or there is         no ACK, and it the segment did not contain a RST. 
  2496.  
  2497.         If the SYN bit is on and the security/compartment and precedence 
  2498.  
  2499.                                                                 [Page 67] 
  2500.  
  2501.  
  2502.                                                           September 1981 Transmission Control Protocol Functional Specification                                                          SEGMENT ARRIVES 
  2503.  
  2504.  
  2505.  
  2506.         are acceptable then, RCV.NXT is set to SEG.SEQ+1, IRS is set to         SEG.SEQ.  SND.UNA should be advanced to equal SEG.ACK (if there         is an ACK), and any segments on the retransmission queue which         are thereby acknowledged should be removed. 
  2507.  
  2508.         If SND.UNA > ISS (our SYN has been ACKed), change the connection         state to ESTABLISHED, form an ACK segment 
  2509.  
  2510.           <SEQ=SND.NXT><ACK=RCV.NXT><CTL=ACK> 
  2511.  
  2512.         and send it.  Data or controls which were queued for         transmission may be included.  If there are other controls or         text in the segment then continue processing at the sixth step         below where the URG bit is checked, otherwise return. 
  2513.  
  2514.         Otherwise enter SYN-RECEIVED, form a SYN,ACK segment 
  2515.  
  2516.           <SEQ=ISS><ACK=RCV.NXT><CTL=SYN,ACK> 
  2517.  
  2518.         and send it.  If there are other controls or text in the         segment, queue them for processing after the ESTABLISHED state         has been reached, return. 
  2519.  
  2520.       fifth, if neither of the SYN or RST bits is set then drop the       segment and return. 
  2521.  
  2522.  
  2523.  
  2524.  
  2525.  
  2526.  
  2527.  
  2528.  
  2529.  
  2530.  
  2531.  
  2532.  
  2533.  
  2534.  
  2535.  
  2536.  
  2537.  
  2538.  
  2539.  
  2540.  
  2541.  
  2542.  
  2543.  
  2544.  [Page 68]                                                                
  2545.  
  2546.  
  2547. September 1981                                                                                                      Transmission Control Protocol                                                 Functional Specification SEGMENT ARRIVES 
  2548.  
  2549.  
  2550.  
  2551.     Otherwise, 
  2552.  
  2553.     first check sequence number 
  2554.  
  2555.       SYN-RECEIVED STATE       ESTABLISHED STATE       FIN-WAIT-1 STATE       FIN-WAIT-2 STATE       CLOSE-WAIT STATE       CLOSING STATE       LAST-ACK STATE       TIME-WAIT STATE 
  2556.  
  2557.         Segments are processed in sequence.  Initial tests on arrival         are used to discard old duplicates, but further processing is         done in SEG.SEQ order.  If a segment's contents straddle the         boundary between old and new, only the new parts should be         processed. 
  2558.  
  2559.         There are four cases for the acceptability test for an incoming         segment: 
  2560.  
  2561.         Segment Receive  Test         Length  Window         ------- -------  ------------------------------------------- 
  2562.  
  2563.            0       0     SEG.SEQ = RCV.NXT 
  2564.  
  2565.            0      >0     RCV.NXT =< SEG.SEQ < RCV.NXT+RCV.WND 
  2566.  
  2567.           >0       0     not acceptable 
  2568.  
  2569.           >0      >0     RCV.NXT =< SEG.SEQ < RCV.NXT+RCV.WND                       or RCV.NXT =< SEG.SEQ+SEG.LEN-1 < RCV.NXT+RCV.WND 
  2570.  
  2571.         If the RCV.WND is zero, no segments will be acceptable, but         special allowance should be made to accept valid ACKs, URGs and         RSTs. 
  2572.  
  2573.         If an incoming segment is not acceptable, an acknowledgment         should be sent in reply (unless the RST bit is set, if so drop         the segment and return): 
  2574.  
  2575.           <SEQ=SND.NXT><ACK=RCV.NXT><CTL=ACK> 
  2576.  
  2577.         After sending the acknowledgment, drop the unacceptable segment         and return. 
  2578.  
  2579.                                                                 [Page 69] 
  2580.  
  2581.  
  2582.                                                           September 1981 Transmission Control Protocol Functional Specification                                                          SEGMENT ARRIVES 
  2583.  
  2584.  
  2585.  
  2586.         In the following it is assumed that the segment is the idealized         segment that begins at RCV.NXT and does not exceed the window.         One could tailor actual segments to fit this assumption by         trimming off any portions that lie outside the window (including         SYN and FIN), and only processing further if the segment then         begins at RCV.NXT.  Segments with higher begining sequence         numbers may be held for later processing. 
  2587.  
  2588.     second check the RST bit, 
  2589.  
  2590.       SYN-RECEIVED STATE 
  2591.  
  2592.         If the RST bit is set 
  2593.  
  2594.           If this connection was initiated with a passive OPEN (i.e.,           came from the LISTEN state), then return this connection to           LISTEN state and return.  The user need not be informed.  If           this connection was initiated with an active OPEN (i.e., came           from SYN-SENT state) then the connection was refused, signal           the user "connection refused".  In either case, all segments           on the retransmission queue should be removed.  And in the           active OPEN case, enter the CLOSED state and delete the TCB,           and return. 
  2595.  
  2596.       ESTABLISHED       FIN-WAIT-1       FIN-WAIT-2       CLOSE-WAIT 
  2597.  
  2598.         If the RST bit is set then, any outstanding RECEIVEs and SEND         should receive "reset" responses.  All segment queues should be         flushed.  Users should also receive an unsolicited general         "connection reset" signal.  Enter the CLOSED state, delete the         TCB, and return. 
  2599.  
  2600.       CLOSING STATE       LAST-ACK STATE       TIME-WAIT 
  2601.  
  2602.         If the RST bit is set then, enter the CLOSED state, delete the         TCB, and return. 
  2603.  
  2604.  
  2605.  
  2606.  
  2607.  
  2608.  
  2609.  
  2610.  [Page 70]                                                                
  2611.  
  2612.  
  2613. September 1981                                                                                                      Transmission Control Protocol                                                 Functional Specification SEGMENT ARRIVES 
  2614.  
  2615.  
  2616.  
  2617.     third check security and precedence 
  2618.  
  2619.       SYN-RECEIVED 
  2620.  
  2621.         If the security/compartment and precedence in the segment do not         exactly match the security/compartment and precedence in the TCB         then send a reset, and return. 
  2622.  
  2623.       ESTABLISHED STATE 
  2624.  
  2625.         If the security/compartment and precedence in the segment do not         exactly match the security/compartment and precedence in the TCB         then send a reset, any outstanding RECEIVEs and SEND should         receive "reset" responses.  All segment queues should be         flushed.  Users should also receive an unsolicited general         "connection reset" signal.  Enter the CLOSED state, delete the         TCB, and return. 
  2626.  
  2627.       Note this check is placed following the sequence check to prevent       a segment from an old connection between these ports with a       different security or precedence from causing an abort of the       current connection. 
  2628.  
  2629.     fourth, check the SYN bit, 
  2630.  
  2631.       SYN-RECEIVED       ESTABLISHED STATE       FIN-WAIT STATE-1       FIN-WAIT STATE-2       CLOSE-WAIT STATE       CLOSING STATE       LAST-ACK STATE       TIME-WAIT STATE 
  2632.  
  2633.         If the SYN is in the window it is an error, send a reset, any         outstanding RECEIVEs and SEND should receive "reset" responses,         all segment queues should be flushed, the user should also         receive an unsolicited general "connection reset" signal, enter         the CLOSED state, delete the TCB, and return. 
  2634.  
  2635.         If the SYN is not in the window this step would not be reached         and an ack would have been sent in the first step (sequence         number check). 
  2636.  
  2637.  
  2638.  
  2639.  
  2640.  
  2641.                                                                 [Page 71] 
  2642.  
  2643.  
  2644.                                                           September 1981 Transmission Control Protocol Functional Specification                                                          SEGMENT ARRIVES 
  2645.  
  2646.  
  2647.  
  2648.     fifth check the ACK field, 
  2649.  
  2650.       if the ACK bit is off drop the segment and return 
  2651.  
  2652.       if the ACK bit is on 
  2653.  
  2654.         SYN-RECEIVED STATE 
  2655.  
  2656.           If SND.UNA =< SEG.ACK =< SND.NXT then enter ESTABLISHED state           and continue processing. 
  2657.  
  2658.             If the segment acknowledgment is not acceptable, form a             reset segment, 
  2659.  
  2660.               <SEQ=SEG.ACK><CTL=RST> 
  2661.  
  2662.             and send it. 
  2663.  
  2664.         ESTABLISHED STATE 
  2665.  
  2666.           If SND.UNA < SEG.ACK =< SND.NXT then, set SND.UNA <- SEG.ACK.           Any segments on the retransmission queue which are thereby           entirely acknowledged are removed.  Users should receive           positive acknowledgments for buffers which have been SENT and           fully acknowledged (i.e., SEND buffer should be returned with           "ok" response).  If the ACK is a duplicate           (SEG.ACK < SND.UNA), it can be ignored.  If the ACK acks           something not yet sent (SEG.ACK > SND.NXT) then send an ACK,           drop the segment, and return. 
  2667.  
  2668.           If SND.UNA < SEG.ACK =< SND.NXT, the send window should be           updated.  If (SND.WL1 < SEG.SEQ or (SND.WL1 = SEG.SEQ and           SND.WL2 =< SEG.ACK)), set SND.WND <- SEG.WND, set           SND.WL1 <- SEG.SEQ, and set SND.WL2 <- SEG.ACK. 
  2669.  
  2670.           Note that SND.WND is an offset from SND.UNA, that SND.WL1           records the sequence number of the last segment used to update           SND.WND, and that SND.WL2 records the acknowledgment number of           the last segment used to update SND.WND.  The check here           prevents using old segments to update the window. 
  2671.  
  2672.  
  2673.  
  2674.  
  2675.  
  2676.  
  2677.  
  2678.  
  2679.  
  2680. [Page 72]                                                                
  2681.  
  2682.  
  2683. September 1981                                                                                                      Transmission Control Protocol                                                 Functional Specification SEGMENT ARRIVES 
  2684.  
  2685.  
  2686.  
  2687.         FIN-WAIT-1 STATE 
  2688.  
  2689.           In addition to the processing for the ESTABLISHED state, if           our FIN is now acknowledged then enter FIN-WAIT-2 and continue           processing in that state. 
  2690.  
  2691.         FIN-WAIT-2 STATE 
  2692.  
  2693.           In addition to the processing for the ESTABLISHED state, if           the retransmission queue is empty, the user's CLOSE can be           acknowledged ("ok") but do not delete the TCB. 
  2694.  
  2695.         CLOSE-WAIT STATE 
  2696.  
  2697.           Do the same processing as for the ESTABLISHED state. 
  2698.  
  2699.         CLOSING STATE 
  2700.  
  2701.           In addition to the processing for the ESTABLISHED state, if           the ACK acknowledges our FIN then enter the TIME-WAIT state,           otherwise ignore the segment. 
  2702.  
  2703.         LAST-ACK STATE 
  2704.  
  2705.           The only thing that can arrive in this state is an           acknowledgment of our FIN.  If our FIN is now acknowledged,           delete the TCB, enter the CLOSED state, and return. 
  2706.  
  2707.         TIME-WAIT STATE 
  2708.  
  2709.           The only thing that can arrive in this state is a           retransmission of the remote FIN.  Acknowledge it, and restart           the 2 MSL timeout. 
  2710.  
  2711.     sixth, check the URG bit, 
  2712.  
  2713.       ESTABLISHED STATE       FIN-WAIT-1 STATE       FIN-WAIT-2 STATE 
  2714.  
  2715.         If the URG bit is set, RCV.UP <- max(RCV.UP,SEG.UP), and signal         the user that the remote side has urgent data if the urgent         pointer (RCV.UP) is in advance of the data consumed.  If the         user has already been signaled (or is still in the "urgent         mode") for this continuous sequence of urgent data, do not         signal the user again. 
  2716.  
  2717.  
  2718.  
  2719.                                                                [Page 73] 
  2720.  
  2721.  
  2722.                                                           September 1981 Transmission Control Protocol Functional Specification                                                          SEGMENT ARRIVES 
  2723.  
  2724.  
  2725.  
  2726.       CLOSE-WAIT STATE       CLOSING STATE       LAST-ACK STATE       TIME-WAIT 
  2727.  
  2728.         This should not occur, since a FIN has been received from the         remote side.  Ignore the URG. 
  2729.  
  2730.     seventh, process the segment text, 
  2731.  
  2732.       ESTABLISHED STATE       FIN-WAIT-1 STATE       FIN-WAIT-2 STATE 
  2733.  
  2734.         Once in the ESTABLISHED state, it is possible to deliver segment         text to user RECEIVE buffers.  Text from segments can be moved         into buffers until either the buffer is full or the segment is         empty.  If the segment empties and carries an PUSH flag, then         the user is informed, when the buffer is returned, that a PUSH         has been received. 
  2735.  
  2736.         When the TCP takes responsibility for delivering the data to the         user it must also acknowledge the receipt of the data. 
  2737.  
  2738.         Once the TCP takes responsibility for the data it advances         RCV.NXT over the data accepted, and adjusts RCV.WND as         apporopriate to the current buffer availability.  The total of         RCV.NXT and RCV.WND should not be reduced. 
  2739.  
  2740.         Please note the window management suggestions in section 3.7. 
  2741.  
  2742.         Send an acknowledgment of the form: 
  2743.  
  2744.           <SEQ=SND.NXT><ACK=RCV.NXT><CTL=ACK> 
  2745.  
  2746.         This acknowledgment should be piggybacked on a segment being         transmitted if possible without incurring undue delay. 
  2747.  
  2748.  
  2749.  
  2750.  
  2751.  
  2752.  
  2753.  
  2754.  
  2755.  
  2756.  
  2757.  
  2758.  [Page 74]                                                                
  2759.  
  2760.  
  2761. September 1981                                                                                                      Transmission Control Protocol                                                 Functional Specification SEGMENT ARRIVES 
  2762.  
  2763.  
  2764.  
  2765.       CLOSE-WAIT STATE       CLOSING STATE       LAST-ACK STATE       TIME-WAIT STATE 
  2766.  
  2767.         This should not occur, since a FIN has been received from the         remote side.  Ignore the segment text. 
  2768.  
  2769.     eighth, check the FIN bit, 
  2770.  
  2771.       Do not process the FIN if the state is CLOSED, LISTEN or SYN-SENT       since the SEG.SEQ cannot be validated; drop the segment and       return. 
  2772.  
  2773.       If the FIN bit is set, signal the user "connection closing" and       return any pending RECEIVEs with same message, advance RCV.NXT       over the FIN, and send an acknowledgment for the FIN.  Note that       FIN implies PUSH for any segment text not yet delivered to the       user. 
  2774.  
  2775.         SYN-RECEIVED STATE         ESTABLISHED STATE 
  2776.  
  2777.           Enter the CLOSE-WAIT state. 
  2778.  
  2779.         FIN-WAIT-1 STATE 
  2780.  
  2781.           If our FIN has been ACKed (perhaps in this segment), then           enter TIME-WAIT, start the time-wait timer, turn off the other           timers; otherwise enter the CLOSING state. 
  2782.  
  2783.         FIN-WAIT-2 STATE 
  2784.  
  2785.           Enter the TIME-WAIT state.  Start the time-wait timer, turn           off the other timers. 
  2786.  
  2787.         CLOSE-WAIT STATE 
  2788.  
  2789.           Remain in the CLOSE-WAIT state. 
  2790.  
  2791.         CLOSING STATE 
  2792.  
  2793.           Remain in the CLOSING state. 
  2794.  
  2795.         LAST-ACK STATE 
  2796.  
  2797.           Remain in the LAST-ACK state. 
  2798.  
  2799.                                                                 [Page 75] 
  2800.  
  2801.  
  2802.                                                           September 1981 Transmission Control Protocol Functional Specification                                                          SEGMENT ARRIVES 
  2803.  
  2804.  
  2805.  
  2806.         TIME-WAIT STATE 
  2807.  
  2808.           Remain in the TIME-WAIT state.  Restart the 2 MSL time-wait           timeout. 
  2809.  
  2810.     and return. 
  2811.  
  2812.  
  2813.  
  2814.  
  2815.  
  2816.  
  2817.  
  2818.  
  2819.  
  2820.  
  2821.  
  2822.  
  2823.  
  2824.  
  2825.  
  2826.  
  2827.  
  2828.  
  2829.  
  2830.  
  2831.  
  2832.  
  2833.  
  2834.  
  2835.  
  2836.  
  2837.  
  2838.  
  2839.  
  2840.  
  2841.  
  2842.  
  2843.  
  2844.  
  2845.  
  2846.  
  2847.  
  2848.  
  2849.  
  2850.  
  2851.  
  2852.  
  2853.  
  2854. [Page 76]                                                                
  2855.  
  2856.  
  2857. September 1981                                                                                                      Transmission Control Protocol                                                 Functional Specification USER TIMEOUT 
  2858.  
  2859.  
  2860.  
  2861.   USER TIMEOUT 
  2862.  
  2863.     For any state if the user timeout expires, flush all queues, signal     the user "error:  connection aborted due to user timeout" in general     and for any outstanding calls, delete the TCB, enter the CLOSED     state and return. 
  2864.  
  2865.   RETRANSMISSION TIMEOUT 
  2866.  
  2867.     For any state if the retransmission timeout expires on a segment in     the retransmission queue, send the segment at the front of the     retransmission queue again, reinitialize the retransmission timer,     and return. 
  2868.  
  2869.   TIME-WAIT TIMEOUT 
  2870.  
  2871.     If the time-wait timeout expires on a connection delete the TCB,     enter the CLOSED state and return. 
  2872.  
  2873.     
  2874.  
  2875.  
  2876.  
  2877.  
  2878.  
  2879.  
  2880.  
  2881.  
  2882.  
  2883.  
  2884.  
  2885.  
  2886.  
  2887.  
  2888.  
  2889.  
  2890.  
  2891.  
  2892.  
  2893.  
  2894.  
  2895.  
  2896.  
  2897.  
  2898.  
  2899.  
  2900.  
  2901.  
  2902.  
  2903.                                                                [Page 77] 
  2904.  
  2905.  
  2906.                                                           September 1981 Transmission Control Protocol 
  2907.  
  2908.  
  2909.  
  2910.  
  2911.  
  2912.  
  2913.  
  2914.  
  2915.  
  2916.  
  2917.  
  2918.  
  2919.  
  2920.  
  2921.  
  2922.  
  2923.  
  2924.  
  2925.  
  2926.  
  2927.  
  2928.  
  2929.  
  2930.  
  2931.  
  2932.  
  2933.  
  2934.  
  2935.  
  2936.  
  2937.  
  2938.  
  2939.  
  2940.  
  2941.  
  2942.  
  2943.  
  2944.  
  2945.  
  2946.  
  2947.  
  2948.  
  2949.  
  2950.  
  2951.  
  2952.  
  2953.  
  2954.  
  2955.  
  2956.  
  2957.  
  2958.  
  2959.  
  2960.  [Page 78]                                                                
  2961.  
  2962.  
  2963. September 1981                                                                                                      Transmission Control Protocol 
  2964.  
  2965.  
  2966.  
  2967.                                 GLOSSARY 
  2968.  
  2969.  
  2970.  
  2971. 1822           BBN Report 1822, "The Specification of the Interconnection of           a Host and an IMP".  The specification of interface between a           host and the ARPANET. 
  2972.  
  2973. ACK           A control bit (acknowledge) occupying no sequence space, which           indicates that the acknowledgment field of this segment           specifies the next sequence number the sender of this segment           is expecting to receive, hence acknowledging receipt of all           previous sequence numbers. 
  2974.  
  2975. ARPANET message           The unit of transmission between a host and an IMP in the           ARPANET.  The maximum size is about 1012 octets (8096 bits). 
  2976.  
  2977. ARPANET packet           A unit of transmission used internally in the ARPANET between           IMPs.  The maximum size is about 126 octets (1008 bits). 
  2978.  
  2979. connection           A logical communication path identified by a pair of sockets. 
  2980.  
  2981. datagram           A message sent in a packet switched computer communications           network. 
  2982.  
  2983. Destination Address           The destination address, usually the network and host           identifiers. 
  2984.  
  2985. FIN           A control bit (finis) occupying one sequence number, which           indicates that the sender will send no more data or control           occupying sequence space. 
  2986.  
  2987. fragment           A portion of a logical unit of data, in particular an internet           fragment is a portion of an internet datagram. 
  2988.  
  2989. FTP           A file transfer protocol. 
  2990.  
  2991.  
  2992.  
  2993.  
  2994.  
  2995.                                                                [Page 79] 
  2996.  
  2997.  
  2998.                                                           September 1981 Transmission Control Protocol Glossary 
  2999.  
  3000.  
  3001.  
  3002. header           Control information at the beginning of a message, segment,           fragment, packet or block of data. 
  3003.  
  3004. host           A computer.  In particular a source or destination of messages           from the point of view of the communication network. 
  3005.  
  3006. Identification           An Internet Protocol field.  This identifying value assigned           by the sender aids in assembling the fragments of a datagram. 
  3007.  
  3008. IMP           The Interface Message Processor, the packet switch of the           ARPANET. 
  3009.  
  3010. internet address           A source or destination address specific to the host level. 
  3011.  
  3012. internet datagram           The unit of data exchanged between an internet module and the           higher level protocol together with the internet header. 
  3013.  
  3014. internet fragment           A portion of the data of an internet datagram with an internet           header. 
  3015.  
  3016. IP           Internet Protocol. 
  3017.  
  3018. IRS           The Initial Receive Sequence number.  The first sequence           number used by the sender on a connection. 
  3019.  
  3020. ISN           The Initial Sequence Number.  The first sequence number used           on a connection, (either ISS or IRS).  Selected on a clock           based procedure. 
  3021.  
  3022. ISS           The Initial Send Sequence number.  The first sequence number           used by the sender on a connection. 
  3023.  
  3024. leader           Control information at the beginning of a message or block of           data.  In particular, in the ARPANET, the control information           on an ARPANET message at the host-IMP interface. 
  3025.  
  3026.  
  3027.  
  3028. [Page 80]                                                                
  3029.  
  3030.  
  3031. September 1981                                                                                                      Transmission Control Protocol                                                                 Glossary 
  3032.  
  3033.  
  3034.  
  3035. left sequence           This is the next sequence number to be acknowledged by the           data receiving TCP (or the lowest currently unacknowledged           sequence number) and is sometimes referred to as the left edge           of the send window. 
  3036.  
  3037. local packet           The unit of transmission within a local network. 
  3038.  
  3039. module           An implementation, usually in software, of a protocol or other           procedure. 
  3040.  
  3041. MSL           Maximum Segment Lifetime, the time a TCP segment can exist in           the internetwork system.  Arbitrarily defined to be 2 minutes. 
  3042.  
  3043. octet           An eight bit byte. 
  3044.  
  3045. Options           An Option field may contain several options, and each option           may be several octets in length.  The options are used           primarily in testing situations; for example, to carry           timestamps.  Both the Internet Protocol and TCP provide for           options fields. 
  3046.  
  3047. packet           A package of data with a header which may or may not be           logically complete.  More often a physical packaging than a           logical packaging of data. 
  3048.  
  3049. port           The portion of a socket that specifies which logical input or           output channel of a process is associated with the data. 
  3050.  
  3051. process           A program in execution.  A source or destination of data from           the point of view of the TCP or other host-to-host protocol. 
  3052.  
  3053. PUSH           A control bit occupying no sequence space, indicating that           this segment contains data that must be pushed through to the           receiving user. 
  3054.  
  3055. RCV.NXT           receive next sequence number 
  3056.  
  3057.  
  3058.  
  3059.                                                                [Page 81] 
  3060.  
  3061.  
  3062.                                                           September 1981 Transmission Control Protocol Glossary 
  3063.  
  3064.  
  3065.  
  3066. RCV.UP           receive urgent pointer 
  3067.  
  3068. RCV.WND           receive window 
  3069.  
  3070. receive next sequence number           This is the next sequence number the local TCP is expecting to           receive. 
  3071.  
  3072. receive window           This represents the sequence numbers the local (receiving) TCP           is willing to receive.  Thus, the local TCP considers that           segments overlapping the range RCV.NXT to           RCV.NXT + RCV.WND - 1 carry acceptable data or control.           Segments containing sequence numbers entirely outside of this           range are considered duplicates and discarded. 
  3073.  
  3074. RST           A control bit (reset), occupying no sequence space, indicating           that the receiver should delete the connection without further           interaction.  The receiver can determine, based on the           sequence number and acknowledgment fields of the incoming           segment, whether it should honor the reset command or ignore           it.  In no case does receipt of a segment containing RST give           rise to a RST in response. 
  3075.  
  3076. RTP           Real Time Protocol:  A host-to-host protocol for communication           of time critical information. 
  3077.  
  3078. SEG.ACK           segment acknowledgment 
  3079.  
  3080. SEG.LEN           segment length 
  3081.  
  3082. SEG.PRC           segment precedence value 
  3083.  
  3084. SEG.SEQ           segment sequence 
  3085.  
  3086. SEG.UP           segment urgent pointer field 
  3087.  
  3088.  
  3089.  
  3090.  
  3091.  
  3092. [Page 82]                                                                
  3093.  
  3094.  
  3095. September 1981                                                                                                      Transmission Control Protocol                                                                 Glossary 
  3096.  
  3097.  
  3098.  
  3099. SEG.WND           segment window field 
  3100.  
  3101. segment           A logical unit of data, in particular a TCP segment is the           unit of data transfered between a pair of TCP modules. 
  3102.  
  3103. segment acknowledgment           The sequence number in the acknowledgment field of the           arriving segment. 
  3104.  
  3105. segment length           The amount of sequence number space occupied by a segment,           including any controls which occupy sequence space. 
  3106.  
  3107. segment sequence           The number in the sequence field of the arriving segment. 
  3108.  
  3109. send sequence           This is the next sequence number the local (sending) TCP will           use on the connection.  It is initially selected from an           initial sequence number curve (ISN) and is incremented for           each octet of data or sequenced control transmitted. 
  3110.  
  3111. send window           This represents the sequence numbers which the remote           (receiving) TCP is willing to receive.  It is the value of the           window field specified in segments from the remote (data           receiving) TCP.  The range of new sequence numbers which may           be emitted by a TCP lies between SND.NXT and           SND.UNA + SND.WND - 1. (Retransmissions of sequence numbers           between SND.UNA and SND.NXT are expected, of course.) 
  3112.  
  3113. SND.NXT           send sequence 
  3114.  
  3115. SND.UNA           left sequence 
  3116.  
  3117. SND.UP           send urgent pointer 
  3118.  
  3119. SND.WL1           segment sequence number at last window update 
  3120.  
  3121. SND.WL2           segment acknowledgment number at last window update 
  3122.  
  3123.  
  3124.  
  3125.                                                                [Page 83] 
  3126.  
  3127.  
  3128.                                                           September 1981 Transmission Control Protocol Glossary 
  3129.  
  3130.  
  3131.  
  3132. SND.WND           send window 
  3133.  
  3134. socket           An address which specifically includes a port identifier, that           is, the concatenation of an Internet Address with a TCP port. 
  3135.  
  3136. Source Address           The source address, usually the network and host identifiers. 
  3137.  
  3138. SYN           A control bit in the incoming segment, occupying one sequence           number, used at the initiation of a connection, to indicate           where the sequence numbering will start. 
  3139.  
  3140. TCB           Transmission control block, the data structure that records           the state of a connection. 
  3141.  
  3142. TCB.PRC           The precedence of the connection. 
  3143.  
  3144. TCP           Transmission Control Protocol:  A host-to-host protocol for           reliable communication in internetwork environments. 
  3145.  
  3146. TOS           Type of Service, an Internet Protocol field. 
  3147.  
  3148. Type of Service           An Internet Protocol field which indicates the type of service           for this internet fragment. 
  3149.  
  3150. URG           A control bit (urgent), occupying no sequence space, used to           indicate that the receiving user should be notified to do           urgent processing as long as there is data to be consumed with           sequence numbers less than the value indicated in the urgent           pointer. 
  3151.  
  3152. urgent pointer           A control field meaningful only when the URG bit is on.  This           field communicates the value of the urgent pointer which           indicates the data octet associated with the sending user's           urgent call. 
  3153.  
  3154.            
  3155.  
  3156.  
  3157.  
  3158. [Page 84]                                                                
  3159.  
  3160.  
  3161. September 1981                                                                                                      Transmission Control Protocol 
  3162.  
  3163.  
  3164.  
  3165.                                REFERENCES 
  3166.  
  3167.  
  3168.  
  3169. [1]  Cerf, V., and R. Kahn, "A Protocol for Packet Network      Intercommunication", IEEE Transactions on Communications,      Vol. COM-22, No. 5, pp 637-648, May 1974. 
  3170.  
  3171. [2]  Postel, J. (ed.), "Internet Protocol - DARPA Internet Program      Protocol Specification", RFC 791, USC/Information Sciences      Institute, September 1981. 
  3172.  
  3173. [3]  Dalal, Y. and C. Sunshine, "Connection Management in Transport      Protocols", Computer Networks, Vol. 2, No. 6, pp. 454-473,      December 1978. 
  3174.  
  3175. [4]  Postel, J., "Assigned Numbers", RFC 790, USC/Information Sciences      Institute, September 1981. 
  3176.  
  3177.  
  3178.  
  3179.  
  3180.  
  3181.  
  3182.  
  3183.  
  3184.  
  3185.  
  3186.  
  3187.  
  3188.  
  3189.  
  3190.  
  3191.  
  3192.  
  3193.  
  3194.  
  3195.  
  3196.  
  3197.  
  3198.  
  3199.  
  3200.  
  3201.  
  3202.  
  3203.  
  3204.  
  3205.  
  3206.  
  3207.  
  3208.  
  3209.                                                                [Page 85] 
  3210.  
  3211.