home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Internet Info 1997 December / Internet_Info_CD-ROM_Walnut_Creek_December_1997.iso / rfc / rfc793 < prev    next >
Text File  |  1991-04-21  |  173KB  |  5,248 lines

  1.  
  2.  
  3. RFC: 793
  4.                                     
  5.                                     
  6.                                     
  7.                                     
  8.                                     
  9.                                     
  10.                                     
  11.                      TRANSMISSION CONTROL PROTOCOL
  12.                                     
  13.                                     
  14.                          DARPA INTERNET PROGRAM
  15.                                     
  16.                          PROTOCOL SPECIFICATION
  17.                                     
  18.                                     
  19.                                     
  20.                              September 1981
  21.  
  22.  
  23.  
  24.  
  25.  
  26.  
  27.  
  28.  
  29.  
  30.  
  31.  
  32.  
  33.  
  34.                               prepared for
  35.                                     
  36.                Defense Advanced Research Projects Agency
  37.                 Information Processing Techniques Office
  38.                          1400 Wilson Boulevard
  39.                        Arlington, Virginia  22209
  40.  
  41.  
  42.  
  43.  
  44.  
  45.  
  46.  
  47.                                    by
  48.  
  49.                      Information Sciences Institute
  50.                    University of Southern California
  51.                            4676 Admiralty Way
  52.                    Marina del Rey, California  90291
  53.  
  54.  
  55.  
  56. September 1981                                                          
  57.                                            Transmission Control Protocol
  58.  
  59.  
  60.  
  61.                            TABLE OF CONTENTS
  62.  
  63.     PREFACE ........................................................ iii
  64.  
  65. 1.  INTRODUCTION ..................................................... 1
  66.  
  67.   1.1  Motivation .................................................... 1
  68.   1.2  Scope ......................................................... 2
  69.   1.3  About This Document ........................................... 2
  70.   1.4  Interfaces .................................................... 3
  71.   1.5  Operation ..................................................... 3
  72.  
  73. 2.  PHILOSOPHY ....................................................... 7
  74.  
  75.   2.1  Elements of the Internetwork System ........................... 7
  76.   2.2  Model of Operation ............................................ 7
  77.   2.3  The Host Environment .......................................... 8
  78.   2.4  Interfaces .................................................... 9
  79.   2.5  Relation to Other Protocols ................................... 9
  80.   2.6  Reliable Communication ........................................ 9
  81.   2.7  Connection Establishment and Clearing ........................ 10
  82.   2.8  Data Communication ........................................... 12
  83.   2.9  Precedence and Security ...................................... 13
  84.   2.10 Robustness Principle ......................................... 13
  85.  
  86. 3.  FUNCTIONAL SPECIFICATION ........................................ 15
  87.  
  88.   3.1  Header Format ................................................ 15
  89.   3.2  Terminology .................................................. 19
  90.   3.3  Sequence Numbers ............................................. 24
  91.   3.4  Establishing a connection .................................... 30
  92.   3.5  Closing a Connection ......................................... 37
  93.   3.6  Precedence and Security ...................................... 40
  94.   3.7  Data Communication ........................................... 40
  95.   3.8  Interfaces ................................................... 44
  96.   3.9  Event Processing ............................................. 52
  97.  
  98. GLOSSARY ............................................................ 79
  99.  
  100. REFERENCES .......................................................... 85
  101.  
  102.  
  103.  
  104.  
  105.  
  106.  
  107.  
  108.  
  109.  
  110.  
  111.  
  112.                                                                 [Page i]
  113.  
  114.  
  115.                                                           September 1981
  116. Transmission Control Protocol
  117.  
  118.  
  119.  
  120.  
  121.  
  122.  
  123.  
  124.  
  125.  
  126.  
  127.  
  128.  
  129.  
  130.  
  131.  
  132.  
  133.  
  134.  
  135.  
  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 ii]                                                               
  172.  
  173.  
  174. September 1981                                                          
  175.                                            Transmission Control Protocol
  176.  
  177.  
  178.  
  179.                                 PREFACE
  180.  
  181.  
  182.  
  183. This document describes the DoD Standard Transmission Control Protocol
  184. (TCP).  There have been nine earlier editions of the ARPA TCP
  185. specification on which this standard is based, and the present text
  186. draws heavily from them.  There have been many contributors to this work
  187. both in terms of concepts and in terms of text.  This edition clarifies
  188. several details and removes the end-of-letter buffer-size adjustments,
  189. and redescribes the letter mechanism as a push function.
  190.  
  191.                                                            Jon Postel
  192.  
  193.                                                            Editor
  194.  
  195.  
  196.  
  197.  
  198.  
  199.  
  200.  
  201.  
  202.  
  203.  
  204.  
  205.  
  206.  
  207.  
  208.  
  209.  
  210.  
  211.  
  212.  
  213.  
  214.  
  215.  
  216.  
  217.  
  218.  
  219.  
  220.  
  221.  
  222.  
  223.  
  224.  
  225.  
  226.  
  227.  
  228.  
  229.  
  230.                                                               [Page iii]
  231.  
  232.  
  233.  
  234.  
  235. RFC:  793
  236. Replaces: RFC 761
  237. IENs:  129, 124, 112, 81,
  238. 55, 44, 40, 27, 21, 5
  239.  
  240.                      TRANSMISSION CONTROL PROTOCOL
  241.  
  242.                          DARPA INTERNET PROGRAM
  243.                          PROTOCOL SPECIFICATION
  244.  
  245.  
  246.  
  247.                             1.  INTRODUCTION
  248.  
  249. The Transmission Control Protocol (TCP) is intended for use as a highly
  250. reliable host-to-host protocol between hosts in packet-switched computer
  251. communication networks, and in interconnected systems of such networks.
  252.  
  253. This document describes the functions to be performed by the
  254. Transmission Control Protocol, the program that implements it, and its
  255. interface to programs or users that require its services.
  256.  
  257. 1.1.  Motivation
  258.  
  259.   Computer communication systems are playing an increasingly important
  260.   role in military, government, and civilian environments.  This
  261.   document focuses its attention primarily on military computer
  262.   communication requirements, especially robustness in the presence of
  263.   communication unreliability and availability in the presence of
  264.   congestion, but many of these problems are found in the civilian and
  265.   government sector as well.
  266.  
  267.   As strategic and tactical computer communication networks are
  268.   developed and deployed, it is essential to provide means of
  269.   interconnecting them and to provide standard interprocess
  270.   communication protocols which can support a broad range of
  271.   applications.  In anticipation of the need for such standards, the
  272.   Deputy Undersecretary of Defense for Research and Engineering has
  273.   declared the Transmission Control Protocol (TCP) described herein to
  274.   be a basis for DoD-wide inter-process communication protocol
  275.   standardization.
  276.  
  277.   TCP is a connection-oriented, end-to-end reliable protocol designed to
  278.   fit into a layered hierarchy of protocols which support multi-network
  279.   applications.  The TCP provides for reliable inter-process
  280.   communication between pairs of processes in host computers attached to
  281.   distinct but interconnected computer communication networks.  Very few
  282.   assumptions are made as to the reliability of the communication
  283.   protocols below the TCP layer.  TCP assumes it can obtain a simple,
  284.   potentially unreliable datagram service from the lower level
  285.   protocols.  In principle, the TCP should be able to operate above a
  286.   wide spectrum of communication systems ranging from hard-wired
  287.   connections to packet-switched or circuit-switched networks.
  288.  
  289.  
  290.                                                                 [Page 1]
  291.  
  292.  
  293.                                                           September 1981
  294. Transmission Control Protocol
  295. Introduction
  296.  
  297.  
  298.  
  299.   TCP is based on concepts first described by Cerf and Kahn in [1].  The
  300.   TCP fits into a layered protocol architecture just above a basic
  301.   Internet Protocol [2] which provides a way for the TCP to send and
  302.   receive variable-length segments of information enclosed in internet
  303.   datagram "envelopes".  The internet datagram provides a means for
  304.   addressing source and destination TCPs in different networks.  The
  305.   internet protocol also deals with any fragmentation or reassembly of
  306.   the TCP segments required to achieve transport and delivery through
  307.   multiple networks and interconnecting gateways.  The internet protocol
  308.   also carries information on the precedence, security classification
  309.   and compartmentation of the TCP segments, so this information can be
  310.   communicated end-to-end across multiple networks.
  311.  
  312.                            Protocol Layering
  313.  
  314.                         +---------------------+
  315.                         |     higher-level    |
  316.                         +---------------------+
  317.                         |        TCP          |
  318.                         +---------------------+
  319.                         |  internet protocol  |
  320.                         +---------------------+
  321.                         |communication network|
  322.                         +---------------------+
  323.  
  324.                                 Figure 1
  325.  
  326.   Much of this document is written in the context of TCP implementations
  327.   which are co-resident with higher level protocols in the host
  328.   computer.  Some computer systems will be connected to networks via
  329.   front-end computers which house the TCP and internet protocol layers,
  330.   as well as network specific software.  The TCP specification describes
  331.   an interface to the higher level protocols which appears to be
  332.   implementable even for the front-end case, as long as a suitable
  333.   host-to-front end protocol is implemented.
  334.  
  335. 1.2.  Scope
  336.  
  337.   The TCP is intended to provide a reliable process-to-process
  338.   communication service in a multinetwork environment.  The TCP is
  339.   intended to be a host-to-host protocol in common use in multiple
  340.   networks.
  341.  
  342. 1.3.  About this Document
  343.  
  344.   This document represents a specification of the behavior required of
  345.   any TCP implementation, both in its interactions with higher level
  346.   protocols and in its interactions with other TCPs.  The rest of this
  347.  
  348.  
  349. [Page 2]                                                                
  350.  
  351.  
  352. September 1981                                                          
  353.                                            Transmission Control Protocol
  354.                                                             Introduction
  355.  
  356.  
  357.  
  358.   section offers a very brief view of the protocol interfaces and
  359.   operation.  Section 2 summarizes the philosophical basis for the TCP
  360.   design.  Section 3 offers both a detailed description of the actions
  361.   required of TCP when various events occur (arrival of new segments,
  362.   user calls, errors, etc.) and the details of the formats of TCP
  363.   segments.
  364.  
  365. 1.4.  Interfaces
  366.  
  367.   The TCP interfaces on one side to user or application processes and on
  368.   the other side to a lower level protocol such as Internet Protocol.
  369.  
  370.   The interface between an application process and the TCP is
  371.   illustrated in reasonable detail.  This interface consists of a set of
  372.   calls much like the calls an operating system provides to an
  373.   application process for manipulating files.  For example, there are
  374.   calls to open and close connections and to send and receive data on
  375.   established connections.  It is also expected that the TCP can
  376.   asynchronously communicate with application programs.  Although
  377.   considerable freedom is permitted to TCP implementors to design
  378.   interfaces which are appropriate to a particular operating system
  379.   environment, a minimum functionality is required at the TCP/user
  380.   interface for any valid implementation.
  381.  
  382.   The interface between TCP and lower level protocol is essentially
  383.   unspecified except that it is assumed there is a mechanism whereby the
  384.   two levels can asynchronously pass information to each other.
  385.   Typically, one expects the lower level protocol to specify this
  386.   interface.  TCP is designed to work in a very general environment of
  387.   interconnected networks.  The lower level protocol which is assumed
  388.   throughout this document is the Internet Protocol [2].
  389.  
  390. 1.5.  Operation
  391.  
  392.   As noted above, the primary purpose of the TCP is to provide reliable,
  393.   securable logical circuit or connection service between pairs of
  394.   processes.  To provide this service on top of a less reliable internet
  395.   communication system requires facilities in the following areas:
  396.  
  397.     Basic Data Transfer
  398.     Reliability
  399.     Flow Control
  400.     Multiplexing
  401.     Connections
  402.     Precedence and Security
  403.  
  404.   The basic operation of the TCP in each of these areas is described in
  405.   the following paragraphs.
  406.  
  407.  
  408.                                                                 [Page 3]
  409.  
  410.  
  411.                                                           September 1981
  412. Transmission Control Protocol
  413. Introduction
  414.  
  415.  
  416.  
  417.   Basic Data Transfer:
  418.  
  419.     The TCP is able to transfer a continuous stream of octets in each
  420.     direction between its users by packaging some number of octets into
  421.     segments for transmission through the internet system.  In general,
  422.     the TCPs decide when to block and forward data at their own
  423.     convenience.
  424.  
  425.     Sometimes users need to be sure that all the data they have
  426.     submitted to the TCP has been transmitted.  For this purpose a push
  427.     function is defined.  To assure that data submitted to a TCP is
  428.     actually transmitted the sending user indicates that it should be
  429.     pushed through to the receiving user.  A push causes the TCPs to
  430.     promptly forward and deliver data up to that point to the receiver.
  431.     The exact push point might not be visible to the receiving user and
  432.     the push function does not supply a record boundary marker.
  433.  
  434.   Reliability:
  435.  
  436.     The TCP must recover from data that is damaged, lost, duplicated, or
  437.     delivered out of order by the internet communication system.  This
  438.     is achieved by assigning a sequence number to each octet
  439.     transmitted, and requiring a positive acknowledgment (ACK) from the
  440.     receiving TCP.  If the ACK is not received within a timeout
  441.     interval, the data is retransmitted.  At the receiver, the sequence
  442.     numbers are used to correctly order segments that may be received
  443.     out of order and to eliminate duplicates.  Damage is handled by
  444.     adding a checksum to each segment transmitted, checking it at the
  445.     receiver, and discarding damaged segments.
  446.  
  447.     As long as the TCPs continue to function properly and the internet
  448.     system does not become completely partitioned, no transmission
  449.     errors will affect the correct delivery of data.  TCP recovers from
  450.     internet communication system errors.
  451.  
  452.   Flow Control:
  453.  
  454.     TCP provides a means for the receiver to govern the amount of data
  455.     sent by the sender.  This is achieved by returning a "window" with
  456.     every ACK indicating a range of acceptable sequence numbers beyond
  457.     the last segment successfully received.  The window indicates an
  458.     allowed number of octets that the sender may transmit before
  459.     receiving further permission.
  460.  
  461.  
  462.  
  463.  
  464.  
  465.  
  466.  
  467. [Page 4]                                                                
  468.  
  469.  
  470. September 1981                                                          
  471.                                            Transmission Control Protocol
  472.                                                             Introduction
  473.  
  474.  
  475.  
  476.   Multiplexing:
  477.  
  478.     To allow for many processes within a single Host to use TCP
  479.     communication facilities simultaneously, the TCP provides a set of
  480.     addresses or ports within each host.  Concatenated with the network
  481.     and host addresses from the internet communication layer, this forms
  482.     a socket.  A pair of sockets uniquely identifies each connection.
  483.     That is, a socket may be simultaneously used in multiple
  484.     connections.
  485.  
  486.     The binding of ports to processes is handled independently by each
  487.     Host.  However, it proves useful to attach frequently used processes
  488.     (e.g., a "logger" or timesharing service) to fixed sockets which are
  489.     made known to the public.  These services can then be accessed
  490.     through the known addresses.  Establishing and learning the port
  491.     addresses of other processes may involve more dynamic mechanisms.
  492.  
  493.   Connections:
  494.  
  495.     The reliability and flow control mechanisms described above require
  496.     that TCPs initialize and maintain certain status information for
  497.     each data stream.  The combination of this information, including
  498.     sockets, sequence numbers, and window sizes, is called a connection.
  499.     Each connection is uniquely specified by a pair of sockets
  500.     identifying its two sides.
  501.  
  502.     When two processes wish to communicate, their TCP's must first
  503.     establish a connection (initialize the status information on each
  504.     side).  When their communication is complete, the connection is
  505.     terminated or closed to free the resources for other uses.
  506.  
  507.     Since connections must be established between unreliable hosts and
  508.     over the unreliable internet communication system, a handshake
  509.     mechanism with clock-based sequence numbers is used to avoid
  510.     erroneous initialization of connections.
  511.  
  512.   Precedence and Security:
  513.  
  514.     The users of TCP may indicate the security and precedence of their
  515.     communication.  Provision is made for default values to be used when
  516.     these features are not needed.
  517.  
  518.     
  519.  
  520.  
  521.  
  522.  
  523.  
  524.  
  525.  
  526.                                                                 [Page 5]
  527.  
  528.  
  529.                                                           September 1981
  530. Transmission Control Protocol
  531.  
  532.  
  533.  
  534.  
  535.  
  536.  
  537.  
  538.  
  539.  
  540.  
  541.  
  542.  
  543.  
  544.  
  545.  
  546.  
  547.  
  548.  
  549.  
  550.  
  551.  
  552.  
  553.  
  554.  
  555.  
  556.  
  557.  
  558.  
  559.  
  560.  
  561.  
  562.  
  563.  
  564.  
  565.  
  566.  
  567.  
  568.  
  569.  
  570.  
  571.  
  572.  
  573.  
  574.  
  575.  
  576.  
  577.  
  578.  
  579.  
  580.  
  581.  
  582.  
  583.  
  584.  
  585. [Page 6]                                                                
  586.  
  587.  
  588. September 1981                                                          
  589.                                            Transmission Control Protocol
  590.  
  591.  
  592.  
  593.                              2.  PHILOSOPHY
  594.  
  595. 2.1.  Elements of the Internetwork System
  596.  
  597.   The internetwork environment consists of hosts connected to networks
  598.   which are in turn interconnected via gateways.  It is assumed here
  599.   that the networks may be either local networks (e.g., the ETHERNET) or
  600.   large networks (e.g., the ARPANET), but in any case are based on
  601.   packet switching technology.  The active agents that produce and
  602.   consume messages are processes.  Various levels of protocols in the
  603.   networks, the gateways, and the hosts support an interprocess
  604.   communication system that provides two-way data flow on logical
  605.   connections between process ports.
  606.  
  607.   The term packet is used generically here to mean the data of one
  608.   transaction between a host and its network.  The format of data blocks
  609.   exchanged within the a network will generally not be of concern to us.
  610.  
  611.   Hosts are computers attached to a network, and from the communication
  612.   network's point of view, are the sources and destinations of packets.
  613.   Processes are viewed as the active elements in host computers (in
  614.   accordance with the fairly common definition of a process as a program
  615.   in execution).  Even terminals and files or other I/O devices are
  616.   viewed as communicating with each other through the use of processes.
  617.   Thus, all communication is viewed as inter-process communication.
  618.  
  619.   Since a process may need to distinguish among several communication
  620.   streams between itself and another process (or processes), we imagine
  621.   that each process may have a number of ports through which it
  622.   communicates with the ports of other processes.
  623.  
  624. 2.2.  Model of Operation
  625.  
  626.   Processes transmit data by calling on the TCP and passing buffers of
  627.   data as arguments.  The TCP packages the data from these buffers into
  628.   segments and calls on the internet module to transmit each segment to
  629.   the destination TCP.  The receiving TCP places the data from a segment
  630.   into the receiving user's buffer and notifies the receiving user.  The
  631.   TCPs include control information in the segments which they use to
  632.   ensure reliable ordered data transmission.
  633.  
  634.   The model of internet communication is that there is an internet
  635.   protocol module associated with each TCP which provides an interface
  636.   to the local network.  This internet module packages TCP segments
  637.   inside internet datagrams and routes these datagrams to a destination
  638.   internet module or intermediate gateway.  To transmit the datagram
  639.   through the local network, it is embedded in a local network packet.
  640.  
  641.   The packet switches may perform further packaging, fragmentation, or
  642.  
  643.  
  644.                                                                 [Page 7]
  645.  
  646.  
  647.                                                           September 1981
  648. Transmission Control Protocol
  649. Philosophy
  650.  
  651.  
  652.  
  653.   other operations to achieve the delivery of the local packet to the
  654.   destination internet module.
  655.  
  656.   At a gateway between networks, the internet datagram is "unwrapped"
  657.   from its local packet and examined to determine through which network
  658.   the internet datagram should travel next.  The internet datagram is
  659.   then "wrapped" in a local packet suitable to the next network and
  660.   routed to the next gateway, or to the final destination.
  661.  
  662.   A gateway is permitted to break up an internet datagram into smaller
  663.   internet datagram fragments if this is necessary for transmission
  664.   through the next network.  To do this, the gateway produces a set of
  665.   internet datagrams; each carrying a fragment.  Fragments may be
  666.   further broken into smaller fragments at subsequent gateways.  The
  667.   internet datagram fragment format is designed so that the destination
  668.   internet module can reassemble fragments into internet datagrams.
  669.  
  670.   A destination internet module unwraps the segment from the datagram
  671.   (after reassembling the datagram, if necessary) and passes it to the
  672.   destination TCP.
  673.  
  674.   This simple model of the operation glosses over many details.  One
  675.   important feature is the type of service.  This provides information
  676.   to the gateway (or internet module) to guide it in selecting the
  677.   service parameters to be used in traversing the next network.
  678.   Included in the type of service information is the precedence of the
  679.   datagram.  Datagrams may also carry security information to permit
  680.   host and gateways that operate in multilevel secure environments to
  681.   properly segregate datagrams for security considerations.
  682.  
  683. 2.3.  The Host Environment
  684.  
  685.   The TCP is assumed to be a module in an operating system.  The users
  686.   access the TCP much like they would access the file system.  The TCP
  687.   may call on other operating system functions, for example, to manage
  688.   data structures.  The actual interface to the network is assumed to be
  689.   controlled by a device driver module.  The TCP does not call on the
  690.   network device driver directly, but rather calls on the internet
  691.   datagram protocol module which may in turn call on the device driver.
  692.  
  693.   The mechanisms of TCP do not preclude implementation of the TCP in a
  694.   front-end processor.  However, in such an implementation, a
  695.   host-to-front-end protocol must provide the functionality to support
  696.   the type of TCP-user interface described in this document.
  697.  
  698.  
  699.  
  700.  
  701.  
  702.  
  703. [Page 8]                                                                
  704.  
  705.  
  706. September 1981                                                          
  707.                                            Transmission Control Protocol
  708.                                                               Philosophy
  709.  
  710.  
  711.  
  712. 2.4.  Interfaces
  713.  
  714.   The TCP/user interface provides for calls made by the user on the TCP
  715.   to OPEN or CLOSE a connection, to SEND or RECEIVE data, or to obtain
  716.   STATUS about a connection.  These calls are like other calls from user
  717.   programs on the operating system, for example, the calls to open, read
  718.   from, and close a file.
  719.  
  720.   The TCP/internet interface provides calls to send and receive
  721.   datagrams addressed to TCP modules in hosts anywhere in the internet
  722.   system.  These calls have parameters for passing the address, type of
  723.   service, precedence, security, and other control information.
  724.  
  725. 2.5.  Relation to Other Protocols
  726.  
  727.   The following diagram illustrates the place of the TCP in the protocol
  728.   hierarchy:
  729.  
  730.                                     
  731.        +------+ +-----+ +-----+       +-----+                    
  732.        |Telnet| | FTP | |Voice|  ...  |     |  Application Level 
  733.        +------+ +-----+ +-----+       +-----+                    
  734.              |   |         |             |                       
  735.             +-----+     +-----+       +-----+                    
  736.             | TCP |     | RTP |  ...  |     |  Host Level        
  737.             +-----+     +-----+       +-----+                    
  738.                |           |             |                       
  739.             +-------------------------------+                    
  740.             |    Internet Protocol & ICMP   |  Gateway Level     
  741.             +-------------------------------+                    
  742.                            |                                     
  743.               +---------------------------+                      
  744.               |   Local Network Protocol  |    Network Level     
  745.               +---------------------------+                      
  746.  
  747.                          Protocol Relationships
  748.  
  749.                                Figure 2.
  750.  
  751.   It is expected that the TCP will be able to support higher level
  752.   protocols efficiently.  It should be easy to interface higher level
  753.   protocols like the ARPANET Telnet or AUTODIN II THP to the TCP.
  754.  
  755. 2.6.  Reliable Communication
  756.  
  757.   A stream of data sent on a TCP connection is delivered reliably and in
  758.   order at the destination.
  759.  
  760.  
  761.  
  762.                                                                 [Page 9]
  763.  
  764.  
  765.                                                           September 1981
  766. Transmission Control Protocol
  767. Philosophy
  768.  
  769.  
  770.  
  771.   Transmission is made reliable via the use of sequence numbers and
  772.   acknowledgments.  Conceptually, each octet of data is assigned a
  773.   sequence number.  The sequence number of the first octet of data in a
  774.   segment is transmitted with that segment and is called the segment
  775.   sequence number.  Segments also carry an acknowledgment number which
  776.   is the sequence number of the next expected data octet of
  777.   transmissions in the reverse direction.  When the TCP transmits a
  778.   segment containing data, it puts a copy on a retransmission queue and
  779.   starts a timer; when the acknowledgment for that data is received, the
  780.   segment is deleted from the queue.  If the acknowledgment is not
  781.   received before the timer runs out, the segment is retransmitted.
  782.  
  783.   An acknowledgment by TCP does not guarantee that the data has been
  784.   delivered to the end user, but only that the receiving TCP has taken
  785.   the responsibility to do so.
  786.  
  787.   To govern the flow of data between TCPs, a flow control mechanism is
  788.   employed.  The receiving TCP reports a "window" to the sending TCP.
  789.   This window specifies the number of octets, starting with the
  790.   acknowledgment number, that the receiving TCP is currently prepared to
  791.   receive.
  792.  
  793. 2.7.  Connection Establishment and Clearing
  794.  
  795.   To identify the separate data streams that a TCP may handle, the TCP
  796.   provides a port identifier.  Since port identifiers are selected
  797.   independently by each TCP they might not be unique.  To provide for
  798.   unique addresses within each TCP, we concatenate an internet address
  799.   identifying the TCP with a port identifier to create a socket which
  800.   will be unique throughout all networks connected together.
  801.  
  802.   A connection is fully specified by the pair of sockets at the ends.  A
  803.   local socket may participate in many connections to different foreign
  804.   sockets.  A connection can be used to carry data in both directions,
  805.   that is, it is "full duplex".
  806.  
  807.   TCPs are free to associate ports with processes however they choose.
  808.   However, several basic concepts are necessary in any implementation.
  809.   There must be well-known sockets which the TCP associates only with
  810.   the "appropriate" processes by some means.  We envision that processes
  811.   may "own" ports, and that processes can initiate connections only on
  812.   the ports they own.  (Means for implementing ownership is a local
  813.   issue, but we envision a Request Port user command, or a method of
  814.   uniquely allocating a group of ports to a given process, e.g., by
  815.   associating the high order bits of a port name with a given process.)
  816.  
  817.   A connection is specified in the OPEN call by the local port and
  818.   foreign socket arguments.  In return, the TCP supplies a (short) local
  819.  
  820.  
  821. [Page 10]                                                               
  822.  
  823.  
  824. September 1981                                                          
  825.                                            Transmission Control Protocol
  826.                                                               Philosophy
  827.  
  828.  
  829.  
  830.   connection name by which the user refers to the connection in
  831.   subsequent calls.  There are several things that must be remembered
  832.   about a connection.  To store this information we imagine that there
  833.   is a data structure called a Transmission Control Block (TCB).  One
  834.   implementation strategy would have the local connection name be a
  835.   pointer to the TCB for this connection.  The OPEN call also specifies
  836.   whether the connection establishment is to be actively pursued, or to
  837.   be passively waited for.
  838.  
  839.   A passive OPEN request means that the process wants to accept incoming
  840.   connection requests rather than attempting to initiate a connection.
  841.   Often the process requesting a passive OPEN will accept a connection
  842.   request from any caller.  In this case a foreign socket of all zeros
  843.   is used to denote an unspecified socket.  Unspecified foreign sockets
  844.   are allowed only on passive OPENs.
  845.  
  846.   A service process that wished to provide services for unknown other
  847.   processes would issue a passive OPEN request with an unspecified
  848.   foreign socket.  Then a connection could be made with any process that
  849.   requested a connection to this local socket.  It would help if this
  850.   local socket were known to be associated with this service.
  851.  
  852.   Well-known sockets are a convenient mechanism for a priori associating
  853.   a socket address with a standard service.  For instance, the
  854.   "Telnet-Server" process is permanently assigned to a particular
  855.   socket, and other sockets are reserved for File Transfer, Remote Job
  856.   Entry, Text Generator, Echoer, and Sink processes (the last three
  857.   being for test purposes).  A socket address might be reserved for
  858.   access to a "Look-Up" service which would return the specific socket
  859.   at which a newly created service would be provided.  The concept of a
  860.   well-known socket is part of the TCP specification, but the assignment
  861.   of sockets to services is outside this specification.  (See [4].)
  862.  
  863.   Processes can issue passive OPENs and wait for matching active OPENs
  864.   from other processes and be informed by the TCP when connections have
  865.   been established.  Two processes which issue active OPENs to each
  866.   other at the same time will be correctly connected.  This flexibility
  867.   is critical for the support of distributed computing in which
  868.   components act asynchronously with respect to each other.
  869.  
  870.   There are two principal cases for matching the sockets in the local
  871.   passive OPENs and an foreign active OPENs.  In the first case, the
  872.   local passive OPENs has fully specified the foreign socket.  In this
  873.   case, the match must be exact.  In the second case, the local passive
  874.   OPENs has left the foreign socket unspecified.  In this case, any
  875.   foreign socket is acceptable as long as the local sockets match.
  876.   Other possibilities include partially restricted matches.
  877.  
  878.  
  879.  
  880.                                                                [Page 11]
  881.  
  882.  
  883.                                                           September 1981
  884. Transmission Control Protocol
  885. Philosophy
  886.  
  887.  
  888.  
  889.   If there are several pending passive OPENs (recorded in TCBs) with the
  890.   same local socket, an foreign active OPEN will be matched to a TCB
  891.   with the specific foreign socket in the foreign active OPEN, if such a
  892.   TCB exists, before selecting a TCB with an unspecified foreign socket.
  893.  
  894.   The procedures to establish connections utilize the synchronize (SYN)
  895.   control flag and involves an exchange of three messages.  This
  896.   exchange has been termed a three-way hand shake [3].
  897.  
  898.   A connection is initiated by the rendezvous of an arriving segment
  899.   containing a SYN and a waiting TCB entry each created by a user OPEN
  900.   command.  The matching of local and foreign sockets determines when a
  901.   connection has been initiated.  The connection becomes "established"
  902.   when sequence numbers have been synchronized in both directions.
  903.  
  904.   The clearing of a connection also involves the exchange of segments,
  905.   in this case carrying the FIN control flag.
  906.  
  907. 2.8.  Data Communication
  908.  
  909.   The data that flows on a connection may be thought of as a stream of
  910.   octets.  The sending user indicates in each SEND call whether the data
  911.   in that call (and any preceeding calls) should be immediately pushed
  912.   through to the receiving user by the setting of the PUSH flag.
  913.  
  914.   A sending TCP is allowed to collect data from the sending user and to
  915.   send that data in segments at its own convenience, until the push
  916.   function is signaled, then it must send all unsent data.  When a
  917.   receiving TCP sees the PUSH flag, it must not wait for more data from
  918.   the sending TCP before passing the data to the receiving process.
  919.  
  920.   There is no necessary relationship between push functions and segment
  921.   boundaries.  The data in any particular segment may be the result of a
  922.   single SEND call, in whole or part, or of multiple SEND calls.
  923.  
  924.   The purpose of push function and the PUSH flag is to push data through
  925.   from the sending user to the receiving user.  It does not provide a
  926.   record service.
  927.  
  928.   There is a coupling between the push function and the use of buffers
  929.   of data that cross the TCP/user interface.  Each time a PUSH flag is
  930.   associated with data placed into the receiving user's buffer, the
  931.   buffer is returned to the user for processing even if the buffer is
  932.   not filled.  If data arrives that fills the user's buffer before a
  933.   PUSH is seen, the data is passed to the user in buffer size units.
  934.  
  935.   TCP also provides a means to communicate to the receiver of data that
  936.   at some point further along in the data stream than the receiver is
  937.  
  938.  
  939. [Page 12]                                                               
  940.  
  941.  
  942. September 1981                                                          
  943.                                            Transmission Control Protocol
  944.                                                               Philosophy
  945.  
  946.  
  947.  
  948.   currently reading there is urgent data.  TCP does not attempt to
  949.   define what the user specifically does upon being notified of pending
  950.   urgent data, but the general notion is that the receiving process will
  951.   take action to process the urgent data quickly.
  952.  
  953. 2.9.  Precedence and Security
  954.  
  955.   The TCP makes use of the internet protocol type of service field and
  956.   security option to provide precedence and security on a per connection
  957.   basis to TCP users.  Not all TCP modules will necessarily function in
  958.   a multilevel secure environment; some may be limited to unclassified
  959.   use only, and others may operate at only one security level and
  960.   compartment.  Consequently, some TCP implementations and services to
  961.   users may be limited to a subset of the multilevel secure case.
  962.  
  963.   TCP modules which operate in a multilevel secure environment must
  964.   properly mark outgoing segments with the security, compartment, and
  965.   precedence.  Such TCP modules must also provide to their users or
  966.   higher level protocols such as Telnet or THP an interface to allow
  967.   them to specify the desired security level, compartment, and
  968.   precedence of connections.
  969.  
  970. 2.10.  Robustness Principle
  971.  
  972.   TCP implementations will follow a general principle of robustness:  be
  973.   conservative in what you do, be liberal in what you accept from
  974.   others.
  975.  
  976.   
  977.  
  978.  
  979.  
  980.  
  981.  
  982.  
  983.  
  984.  
  985.  
  986.  
  987.  
  988.  
  989.  
  990.  
  991.  
  992.  
  993.  
  994.  
  995.  
  996.  
  997.  
  998.                                                                [Page 13]
  999.  
  1000.  
  1001.                                                           September 1981
  1002. Transmission Control Protocol
  1003.  
  1004.  
  1005.  
  1006.  
  1007.  
  1008.  
  1009.  
  1010.  
  1011.  
  1012.  
  1013.  
  1014.  
  1015.  
  1016.  
  1017.  
  1018.  
  1019.  
  1020.  
  1021.  
  1022.  
  1023.  
  1024.  
  1025.  
  1026.  
  1027.  
  1028.  
  1029.  
  1030.  
  1031.  
  1032.  
  1033.  
  1034.  
  1035.  
  1036.  
  1037.  
  1038.  
  1039.  
  1040.  
  1041.  
  1042.  
  1043.  
  1044.  
  1045.  
  1046.  
  1047.  
  1048.  
  1049.  
  1050.  
  1051.  
  1052.  
  1053.  
  1054.  
  1055.  
  1056.  
  1057. [Page 14]                                                               
  1058.  
  1059.  
  1060. September 1981                                                          
  1061.                                            Transmission Control Protocol
  1062.  
  1063.  
  1064.  
  1065.                       3.  FUNCTIONAL SPECIFICATION
  1066.  
  1067. 3.1.  Header Format
  1068.  
  1069.   TCP segments are sent as internet datagrams.  The Internet Protocol
  1070.   header carries several information fields, including the source and
  1071.   destination host addresses [2].  A TCP header follows the internet
  1072.   header, supplying information specific to the TCP protocol.  This
  1073.   division allows for the existence of host level protocols other than
  1074.   TCP.
  1075.  
  1076.   TCP Header Format
  1077.  
  1078.                                     
  1079.     0                   1                   2                   3   
  1080.     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 
  1081.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  1082.    |          Source Port          |       Destination Port        |
  1083.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  1084.    |                        Sequence Number                        |
  1085.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  1086.    |                    Acknowledgment Number                      |
  1087.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  1088.    |  Data |           |U|A|P|R|S|F|                               |
  1089.    | Offset| Reserved  |R|C|S|S|Y|I|            Window             |
  1090.    |       |           |G|K|H|T|N|N|                               |
  1091.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  1092.    |           Checksum            |         Urgent Pointer        |
  1093.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  1094.    |                    Options                    |    Padding    |
  1095.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  1096.    |                             data                              |
  1097.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  1098.  
  1099.                             TCP Header Format
  1100.  
  1101.           Note that one tick mark represents one bit position.
  1102.  
  1103.                                Figure 3.
  1104.  
  1105.   Source Port:  16 bits
  1106.  
  1107.     The source port number.
  1108.  
  1109.   Destination Port:  16 bits
  1110.  
  1111.     The destination port number.
  1112.  
  1113.  
  1114.  
  1115.  
  1116.                                                                [Page 15]
  1117.  
  1118.  
  1119.                                                           September 1981
  1120. Transmission Control Protocol
  1121. Functional Specification
  1122.  
  1123.  
  1124.  
  1125.   Sequence Number:  32 bits
  1126.  
  1127.     The sequence number of the first data octet in this segment (except
  1128.     when SYN is present). If SYN is present the sequence number is the
  1129.     initial sequence number (ISN) and the first data octet is ISN+1.
  1130.  
  1131.   Acknowledgment Number:  32 bits
  1132.  
  1133.     If the ACK control bit is set this field contains the value of the
  1134.     next sequence number the sender of the segment is expecting to
  1135.     receive.  Once a connection is established this is always sent.
  1136.  
  1137.   Data Offset:  4 bits
  1138.  
  1139.     The number of 32 bit words in the TCP Header.  This indicates where
  1140.     the data begins.  The TCP header (even one including options) is an
  1141.     integral number of 32 bits long.
  1142.  
  1143.   Reserved:  6 bits
  1144.  
  1145.     Reserved for future use.  Must be zero.
  1146.  
  1147.   Control Bits:  6 bits (from left to right):
  1148.  
  1149.     URG:  Urgent Pointer field significant
  1150.     ACK:  Acknowledgment field significant
  1151.     PSH:  Push Function
  1152.     RST:  Reset the connection
  1153.     SYN:  Synchronize sequence numbers
  1154.     FIN:  No more data from sender
  1155.  
  1156.   Window:  16 bits
  1157.  
  1158.     The number of data octets beginning with the one indicated in the
  1159.     acknowledgment field which the sender of this segment is willing to
  1160.     accept.
  1161.  
  1162.   Checksum:  16 bits
  1163.  
  1164.     The checksum field is the 16 bit one's complement of the one's
  1165.     complement sum of all 16 bit words in the header and text.  If a
  1166.     segment contains an odd number of header and text octets to be
  1167.     checksummed, the last octet is padded on the right with zeros to
  1168.     form a 16 bit word for checksum purposes.  The pad is not
  1169.     transmitted as part of the segment.  While computing the checksum,
  1170.     the checksum field itself is replaced with zeros.
  1171.  
  1172.     The checksum also covers a 96 bit pseudo header conceptually
  1173.  
  1174.  
  1175. [Page 16]                                                               
  1176.  
  1177.  
  1178. September 1981                                                          
  1179.                                            Transmission Control Protocol
  1180.                                                 Functional Specification
  1181.  
  1182.  
  1183.  
  1184.     prefixed to the TCP header.  This pseudo header contains the Source
  1185.     Address, the Destination Address, the Protocol, and TCP length.
  1186.     This gives the TCP protection against misrouted segments.  This
  1187.     information is carried in the Internet Protocol and is transferred
  1188.     across the TCP/Network interface in the arguments or results of
  1189.     calls by the TCP on the IP.
  1190.  
  1191.                      +--------+--------+--------+--------+
  1192.                      |           Source Address          |
  1193.                      +--------+--------+--------+--------+
  1194.                      |         Destination Address       |
  1195.                      +--------+--------+--------+--------+
  1196.                      |  zero  |  PTCL  |    TCP Length   |
  1197.                      +--------+--------+--------+--------+
  1198.  
  1199.       The TCP Length is the TCP header length plus the data length in
  1200.       octets (this is not an explicitly transmitted quantity, but is
  1201.       computed), and it does not count the 12 octets of the pseudo
  1202.       header.
  1203.  
  1204.   Urgent Pointer:  16 bits
  1205.  
  1206.     This field communicates the current value of the urgent pointer as a
  1207.     positive offset from the sequence number in this segment.  The
  1208.     urgent pointer points to the sequence number of the octet following
  1209.     the urgent data.  This field is only be interpreted in segments with
  1210.     the URG control bit set.
  1211.  
  1212.   Options:  variable
  1213.  
  1214.     Options may occupy space at the end of the TCP header and are a
  1215.     multiple of 8 bits in length.  All options are included in the
  1216.     checksum.  An option may begin on any octet boundary.  There are two
  1217.     cases for the format of an option:
  1218.  
  1219.       Case 1:  A single octet of option-kind.
  1220.  
  1221.       Case 2:  An octet of option-kind, an octet of option-length, and
  1222.                the actual option-data octets.
  1223.  
  1224.     The option-length counts the two octets of option-kind and
  1225.     option-length as well as the option-data octets.
  1226.  
  1227.     Note that the list of options may be shorter than the data offset
  1228.     field might imply.  The content of the header beyond the
  1229.     End-of-Option option must be header padding (i.e., zero).
  1230.  
  1231.     A TCP must implement all options.
  1232.  
  1233.  
  1234.                                                                [Page 17]
  1235.  
  1236.  
  1237.                                                           September 1981
  1238. Transmission Control Protocol
  1239. Functional Specification
  1240.  
  1241.  
  1242.  
  1243.     Currently defined options include (kind indicated in octal):
  1244.  
  1245.       Kind     Length    Meaning
  1246.       ----     ------    -------
  1247.        0         -       End of option list.
  1248.        1         -       No-Operation.
  1249.        2         4       Maximum Segment Size.
  1250.       
  1251.  
  1252.     Specific Option Definitions
  1253.  
  1254.       End of Option List
  1255.  
  1256.         +--------+
  1257.         |00000000|
  1258.         +--------+
  1259.          Kind=0
  1260.  
  1261.         This option code indicates the end of the option list.  This
  1262.         might not coincide with the end of the TCP header according to
  1263.         the Data Offset field.  This is used at the end of all options,
  1264.         not the end of each option, and need only be used if the end of
  1265.         the options would not otherwise coincide with the end of the TCP
  1266.         header.
  1267.  
  1268.       No-Operation
  1269.  
  1270.         +--------+
  1271.         |00000001|
  1272.         +--------+
  1273.          Kind=1
  1274.  
  1275.         This option code may be used between options, for example, to
  1276.         align the beginning of a subsequent option on a word boundary.
  1277.         There is no guarantee that senders will use this option, so
  1278.         receivers must be prepared to process options even if they do
  1279.         not begin on a word boundary.
  1280.  
  1281.       Maximum Segment Size
  1282.  
  1283.         +--------+--------+---------+--------+
  1284.         |00000010|00000100|   max seg size   |
  1285.         +--------+--------+---------+--------+
  1286.          Kind=2   Length=4
  1287.  
  1288.  
  1289.  
  1290.  
  1291.  
  1292.  
  1293. [Page 18]                                                               
  1294.  
  1295.  
  1296. September 1981                                                          
  1297.                                            Transmission Control Protocol
  1298.                                                 Functional Specification
  1299.  
  1300.  
  1301.  
  1302.         Maximum Segment Size Option Data:  16 bits
  1303.  
  1304.           If this option is present, then it communicates the maximum
  1305.           receive segment size at the TCP which sends this segment.
  1306.           This field must only be sent in the initial connection request
  1307.           (i.e., in segments with the SYN control bit set).  If this
  1308.           option is not used, any segment size is allowed.
  1309.  
  1310.   Padding:  variable
  1311.  
  1312.     The TCP header padding is used to ensure that the TCP header ends
  1313.     and data begins on a 32 bit boundary.  The padding is composed of
  1314.     zeros.
  1315.  
  1316. 3.2.  Terminology
  1317.  
  1318.   Before we can discuss very much about the operation of the TCP we need
  1319.   to introduce some detailed terminology.  The maintenance of a TCP
  1320.   connection requires the remembering of several variables.  We conceive
  1321.   of these variables being stored in a connection record called a
  1322.   Transmission Control Block or TCB.  Among the variables stored in the
  1323.   TCB are the local and remote socket numbers, the security and
  1324.   precedence of the connection, pointers to the user's send and receive
  1325.   buffers, pointers to the retransmit queue and to the current segment.
  1326.   In addition several variables relating to the send and receive
  1327.   sequence numbers are stored in the TCB.
  1328.  
  1329.     Send Sequence Variables
  1330.  
  1331.       SND.UNA - send unacknowledged
  1332.       SND.NXT - send next
  1333.       SND.WND - send window
  1334.       SND.UP  - send urgent pointer
  1335.       SND.WL1 - segment sequence number used for last window update
  1336.       SND.WL2 - segment acknowledgment number used for last window
  1337.                 update
  1338.       ISS     - initial send sequence number
  1339.  
  1340.     Receive Sequence Variables
  1341.  
  1342.       RCV.NXT - receive next
  1343.       RCV.WND - receive window
  1344.       RCV.UP  - receive urgent pointer
  1345.       IRS     - initial receive sequence number
  1346.  
  1347.  
  1348.  
  1349.  
  1350.  
  1351.  
  1352.                                                                [Page 19]
  1353.  
  1354.  
  1355.                                                           September 1981
  1356. Transmission Control Protocol
  1357. Functional Specification
  1358.  
  1359.  
  1360.  
  1361.   The following diagrams may help to relate some of these variables to
  1362.   the sequence space.
  1363.  
  1364.   Send Sequence Space
  1365.  
  1366.                    1         2          3          4      
  1367.               ----------|----------|----------|---------- 
  1368.                      SND.UNA    SND.NXT    SND.UNA        
  1369.                                           +SND.WND        
  1370.  
  1371.         1 - old sequence numbers which have been acknowledged  
  1372.         2 - sequence numbers of unacknowledged data            
  1373.         3 - sequence numbers allowed for new data transmission 
  1374.         4 - future sequence numbers which are not yet allowed  
  1375.  
  1376.                           Send Sequence Space
  1377.  
  1378.                                Figure 4.
  1379.     
  1380.     
  1381.  
  1382.   The send window is the portion of the sequence space labeled 3 in
  1383.   figure 4.
  1384.  
  1385.   Receive Sequence Space
  1386.  
  1387.                        1          2          3      
  1388.                    ----------|----------|---------- 
  1389.                           RCV.NXT    RCV.NXT        
  1390.                                     +RCV.WND        
  1391.  
  1392.         1 - old sequence numbers which have been acknowledged  
  1393.         2 - sequence numbers allowed for new reception         
  1394.         3 - future sequence numbers which are not yet allowed  
  1395.  
  1396.                          Receive Sequence Space
  1397.  
  1398.                                Figure 5.
  1399.     
  1400.     
  1401.  
  1402.   The receive window is the portion of the sequence space labeled 2 in
  1403.   figure 5.
  1404.  
  1405.   There are also some variables used frequently in the discussion that
  1406.   take their values from the fields of the current segment.
  1407.  
  1408.  
  1409.  
  1410.  
  1411. [Page 20]                                                               
  1412.  
  1413.  
  1414. September 1981                                                          
  1415.                                            Transmission Control Protocol
  1416.                                                 Functional Specification
  1417.  
  1418.  
  1419.  
  1420.     Current Segment Variables
  1421.  
  1422.       SEG.SEQ - segment sequence number
  1423.       SEG.ACK - segment acknowledgment number
  1424.       SEG.LEN - segment length
  1425.       SEG.WND - segment window
  1426.       SEG.UP  - segment urgent pointer
  1427.       SEG.PRC - segment precedence value
  1428.  
  1429.   A connection progresses through a series of states during its
  1430.   lifetime.  The states are:  LISTEN, SYN-SENT, SYN-RECEIVED,
  1431.   ESTABLISHED, FIN-WAIT-1, FIN-WAIT-2, CLOSE-WAIT, CLOSING, LAST-ACK,
  1432.   TIME-WAIT, and the fictional state CLOSED.  CLOSED is fictional
  1433.   because it represents the state when there is no TCB, and therefore,
  1434.   no connection.  Briefly the meanings of the states are:
  1435.  
  1436.     LISTEN - represents waiting for a connection request from any remote
  1437.     TCP and port.
  1438.  
  1439.     SYN-SENT - represents waiting for a matching connection request
  1440.     after having sent a connection request.
  1441.  
  1442.     SYN-RECEIVED - represents waiting for a confirming connection
  1443.     request acknowledgment after having both received and sent a
  1444.     connection request.
  1445.  
  1446.     ESTABLISHED - represents an open connection, data received can be
  1447.     delivered to the user.  The normal state for the data transfer phase
  1448.     of the connection.
  1449.  
  1450.     FIN-WAIT-1 - represents waiting for a connection termination request
  1451.     from the remote TCP, or an acknowledgment of the connection
  1452.     termination request previously sent.
  1453.  
  1454.     FIN-WAIT-2 - represents waiting for a connection termination request
  1455.     from the remote TCP.
  1456.  
  1457.     CLOSE-WAIT - represents waiting for a connection termination request
  1458.     from the local user.
  1459.  
  1460.     CLOSING - represents waiting for a connection termination request
  1461.     acknowledgment from the remote TCP.
  1462.  
  1463.     LAST-ACK - represents waiting for an acknowledgment of the
  1464.     connection termination request previously sent to the remote TCP
  1465.     (which includes an acknowledgment of its connection termination
  1466.     request).
  1467.  
  1468.  
  1469.  
  1470.                                                                [Page 21]
  1471.  
  1472.  
  1473.                                                           September 1981
  1474. Transmission Control Protocol
  1475. Functional Specification
  1476.  
  1477.  
  1478.  
  1479.     TIME-WAIT - represents waiting for enough time to pass to be sure
  1480.     the remote TCP received the acknowledgment of its connection
  1481.     termination request.
  1482.  
  1483.     CLOSED - represents no connection state at all.
  1484.  
  1485.   A TCP connection progresses from one state to another in response to
  1486.   events.  The events are the user calls, OPEN, SEND, RECEIVE, CLOSE,
  1487.   ABORT, and STATUS; the incoming segments, particularly those
  1488.   containing the SYN, ACK, RST and FIN flags; and timeouts.
  1489.  
  1490.   The state diagram in figure 6 illustrates only state changes, together
  1491.   with the causing events and resulting actions, but addresses neither
  1492.   error conditions nor actions which are not connected with state
  1493.   changes.  In a later section, more detail is offered with respect to
  1494.   the reaction of the TCP to events.
  1495.  
  1496.   NOTE BENE:  this diagram is only a summary and must not be taken as
  1497.   the total specification.
  1498.  
  1499.  
  1500.  
  1501.  
  1502.  
  1503.  
  1504.  
  1505.  
  1506.  
  1507.  
  1508.  
  1509.  
  1510.  
  1511.  
  1512.  
  1513.  
  1514.  
  1515.  
  1516.  
  1517.  
  1518.  
  1519.  
  1520.  
  1521.  
  1522.  
  1523.  
  1524.  
  1525.  
  1526.  
  1527.  
  1528.  
  1529. [Page 22]                                                               
  1530.  
  1531.  
  1532. September 1981                                                          
  1533.                                            Transmission Control Protocol
  1534.                                                 Functional Specification
  1535.  
  1536.  
  1537.  
  1538.                                     
  1539.                               +---------+ ---------\      active OPEN  
  1540.                               |  CLOSED |            \    -----------  
  1541.                               +---------+<---------\   \   create TCB  
  1542.                                 |     ^              \   \  snd SYN    
  1543.                    passive OPEN |     |   CLOSE        \   \           
  1544.                    ------------ |     | ----------       \   \         
  1545.                     create TCB  |     | delete TCB         \   \       
  1546.                                 V     |                      \   \     
  1547.                               +---------+            CLOSE    |    \   
  1548.                               |  LISTEN |          ---------- |     |  
  1549.                               +---------+          delete TCB |     |  
  1550.                    rcv SYN      |     |     SEND              |     |  
  1551.                   -----------   |     |    -------            |     V  
  1552.  +---------+      snd SYN,ACK  /       \   snd SYN          +---------+
  1553.  |         |<-----------------           ------------------>|         |
  1554.  |   SYN   |                    rcv SYN                     |   SYN   |
  1555.  |   RCVD  |<-----------------------------------------------|   SENT  |
  1556.  |         |                    snd ACK                     |         |
  1557.  |         |------------------           -------------------|         |
  1558.  +---------+   rcv ACK of SYN  \       /  rcv SYN,ACK       +---------+
  1559.    |           --------------   |     |   -----------                  
  1560.    |                  x         |     |     snd ACK                    
  1561.    |                            V     V                                
  1562.    |  CLOSE                   +---------+                              
  1563.    | -------                  |  ESTAB  |                              
  1564.    | snd FIN                  +---------+                              
  1565.    |                   CLOSE    |     |    rcv FIN                     
  1566.    V                  -------   |     |    -------                     
  1567.  +---------+          snd FIN  /       \   snd ACK          +---------+
  1568.  |  FIN    |<-----------------           ------------------>|  CLOSE  |
  1569.  | WAIT-1  |------------------                              |   WAIT  |
  1570.  +---------+          rcv FIN  \                            +---------+
  1571.    | rcv ACK of FIN   -------   |                            CLOSE  |  
  1572.    | --------------   snd ACK   |                           ------- |  
  1573.    V        x                   V                           snd FIN V  
  1574.  +---------+                  +---------+                   +---------+
  1575.  |FINWAIT-2|                  | CLOSING |                   | LAST-ACK|
  1576.  +---------+                  +---------+                   +---------+
  1577.    |                rcv ACK of FIN |                 rcv ACK of FIN |  
  1578.    |  rcv FIN       -------------- |    Timeout=2MSL -------------- |  
  1579.    |  -------              x       V    ------------        x       V  
  1580.     \ snd ACK                 +---------+delete TCB         +---------+
  1581.      ------------------------>|TIME WAIT|------------------>| CLOSED  |
  1582.                               +---------+                   +---------+
  1583.  
  1584.                       TCP Connection State Diagram
  1585.                                Figure 6.
  1586.  
  1587.  
  1588.                                                                [Page 23]
  1589.  
  1590.  
  1591.                                                           September 1981
  1592. Transmission Control Protocol
  1593. Functional Specification
  1594.  
  1595.  
  1596.  
  1597. 3.3.  Sequence Numbers
  1598.  
  1599.   A fundamental notion in the design is that every octet of data sent
  1600.   over a TCP connection has a sequence number.  Since every octet is
  1601.   sequenced, each of them can be acknowledged.  The acknowledgment
  1602.   mechanism employed is cumulative so that an acknowledgment of sequence
  1603.   number X indicates that all octets up to but not including X have been
  1604.   received.  This mechanism allows for straight-forward duplicate
  1605.   detection in the presence of retransmission.  Numbering of octets
  1606.   within a segment is that the first data octet immediately following
  1607.   the header is the lowest numbered, and the following octets are
  1608.   numbered consecutively.
  1609.  
  1610.   It is essential to remember that the actual sequence number space is
  1611.   finite, though very large.  This space ranges from 0 to 2**32 - 1.
  1612.   Since the space is finite, all arithmetic dealing with sequence
  1613.   numbers must be performed modulo 2**32.  This unsigned arithmetic
  1614.   preserves the relationship of sequence numbers as they cycle from
  1615.   2**32 - 1 to 0 again.  There are some subtleties to computer modulo
  1616.   arithmetic, so great care should be taken in programming the
  1617.   comparison of such values.  The symbol "=<" means "less than or equal"
  1618.   (modulo 2**32).
  1619.  
  1620.   The typical kinds of sequence number comparisons which the TCP must
  1621.   perform include:
  1622.  
  1623.     (a)  Determining that an acknowledgment refers to some sequence
  1624.          number sent but not yet acknowledged.
  1625.  
  1626.     (b)  Determining that all sequence numbers occupied by a segment
  1627.          have been acknowledged (e.g., to remove the segment from a
  1628.          retransmission queue).
  1629.  
  1630.     (c)  Determining that an incoming segment contains sequence numbers
  1631.          which are expected (i.e., that the segment "overlaps" the
  1632.          receive window).
  1633.  
  1634.  
  1635.  
  1636.  
  1637.  
  1638.  
  1639.  
  1640.  
  1641.  
  1642.  
  1643.  
  1644.  
  1645.  
  1646.  
  1647. [Page 24]                                                               
  1648.  
  1649.  
  1650. September 1981                                                          
  1651.                                            Transmission Control Protocol
  1652.                                                 Functional Specification
  1653.  
  1654.  
  1655.  
  1656.   In response to sending data the TCP will receive acknowledgments.  The
  1657.   following comparisons are needed to process the acknowledgments.
  1658.  
  1659.     SND.UNA = oldest unacknowledged sequence number
  1660.  
  1661.     SND.NXT = next sequence number to be sent
  1662.  
  1663.     SEG.ACK = acknowledgment from the receiving TCP (next sequence
  1664.               number expected by the receiving TCP)
  1665.  
  1666.     SEG.SEQ = first sequence number of a segment
  1667.  
  1668.     SEG.LEN = the number of octets occupied by the data in the segment
  1669.               (counting SYN and FIN)
  1670.  
  1671.     SEG.SEQ+SEG.LEN-1 = last sequence number of a segment
  1672.  
  1673.   A new acknowledgment (called an "acceptable ack"), is one for which
  1674.   the inequality below holds:
  1675.  
  1676.     SND.UNA < SEG.ACK =< SND.NXT
  1677.  
  1678.   A segment on the retransmission queue is fully acknowledged if the sum
  1679.   of its sequence number and length is less or equal than the
  1680.   acknowledgment value in the incoming segment.
  1681.  
  1682.   When data is received the following comparisons are needed:
  1683.  
  1684.     RCV.NXT = next sequence number expected on an incoming segments, and
  1685.         is the left or lower edge of the receive window
  1686.  
  1687.     RCV.NXT+RCV.WND-1 = last sequence number expected on an incoming
  1688.         segment, and is the right or upper edge of the receive window
  1689.  
  1690.     SEG.SEQ = first sequence number occupied by the incoming segment
  1691.  
  1692.     SEG.SEQ+SEG.LEN-1 = last sequence number occupied by the incoming
  1693.         segment
  1694.  
  1695.   A segment is judged to occupy a portion of valid receive sequence
  1696.   space if
  1697.  
  1698.     RCV.NXT =< SEG.SEQ < RCV.NXT+RCV.WND
  1699.  
  1700.   or
  1701.  
  1702.     RCV.NXT =< SEG.SEQ+SEG.LEN-1 < RCV.NXT+RCV.WND
  1703.  
  1704.  
  1705.  
  1706.                                                                [Page 25]
  1707.  
  1708.  
  1709.                                                           September 1981
  1710. Transmission Control Protocol
  1711. Functional Specification
  1712.  
  1713.  
  1714.  
  1715.   The first part of this test checks to see if the beginning of the
  1716.   segment falls in the window, the second part of the test checks to see
  1717.   if the end of the segment falls in the window; if the segment passes
  1718.   either part of the test it contains data in the window.
  1719.  
  1720.   Actually, it is a little more complicated than this.  Due to zero
  1721.   windows and zero length segments, we have four cases for the
  1722.   acceptability of an incoming segment:
  1723.  
  1724.     Segment Receive  Test
  1725.     Length  Window
  1726.     ------- -------  -------------------------------------------
  1727.  
  1728.        0       0     SEG.SEQ = RCV.NXT
  1729.  
  1730.        0      >0     RCV.NXT =< SEG.SEQ < RCV.NXT+RCV.WND
  1731.  
  1732.       >0       0     not acceptable
  1733.  
  1734.       >0      >0     RCV.NXT =< SEG.SEQ < RCV.NXT+RCV.WND
  1735.                   or RCV.NXT =< SEG.SEQ+SEG.LEN-1 < RCV.NXT+RCV.WND
  1736.  
  1737.   Note that when the receive window is zero no segments should be
  1738.   acceptable except ACK segments.  Thus, it is be possible for a TCP to
  1739.   maintain a zero receive window while transmitting data and receiving
  1740.   ACKs.  However, even when the receive window is zero, a TCP must
  1741.   process the RST and URG fields of all incoming segments.
  1742.  
  1743.   We have taken advantage of the numbering scheme to protect certain
  1744.   control information as well.  This is achieved by implicitly including
  1745.   some control flags in the sequence space so they can be retransmitted
  1746.   and acknowledged without confusion (i.e., one and only one copy of the
  1747.   control will be acted upon).  Control information is not physically
  1748.   carried in the segment data space.  Consequently, we must adopt rules
  1749.   for implicitly assigning sequence numbers to control.  The SYN and FIN
  1750.   are the only controls requiring this protection, and these controls
  1751.   are used only at connection opening and closing.  For sequence number
  1752.   purposes, the SYN is considered to occur before the first actual data
  1753.   octet of the segment in which it occurs, while the FIN is considered
  1754.   to occur after the last actual data octet in a segment in which it
  1755.   occurs.  The segment length (SEG.LEN) includes both data and sequence
  1756.   space occupying controls.  When a SYN is present then SEG.SEQ is the
  1757.   sequence number of the SYN.
  1758.  
  1759.  
  1760.  
  1761.  
  1762.  
  1763.  
  1764.  
  1765. [Page 26]                                                               
  1766.  
  1767.  
  1768. September 1981                                                          
  1769.                                            Transmission Control Protocol
  1770.                                                 Functional Specification
  1771.  
  1772.  
  1773.  
  1774.   Initial Sequence Number Selection
  1775.  
  1776.   The protocol places no restriction on a particular connection being
  1777.   used over and over again.  A connection is defined by a pair of
  1778.   sockets.  New instances of a connection will be referred to as
  1779.   incarnations of the connection.  The problem that arises from this is
  1780.   -- "how does the TCP identify duplicate segments from previous
  1781.   incarnations of the connection?"  This problem becomes apparent if the
  1782.   connection is being opened and closed in quick succession, or if the
  1783.   connection breaks with loss of memory and is then reestablished.
  1784.  
  1785.   To avoid confusion we must prevent segments from one incarnation of a
  1786.   connection from being used while the same sequence numbers may still
  1787.   be present in the network from an earlier incarnation.  We want to
  1788.   assure this, even if a TCP crashes and loses all knowledge of the
  1789.   sequence numbers it has been using.  When new connections are created,
  1790.   an initial sequence number (ISN) generator is employed which selects a
  1791.   new 32 bit ISN.  The generator is bound to a (possibly fictitious) 32
  1792.   bit clock whose low order bit is incremented roughly every 4
  1793.   microseconds.  Thus, the ISN cycles approximately every 4.55 hours.
  1794.   Since we assume that segments will stay in the network no more than
  1795.   the Maximum Segment Lifetime (MSL) and that the MSL is less than 4.55
  1796.   hours we can reasonably assume that ISN's will be unique.
  1797.  
  1798.   For each connection there is a send sequence number and a receive
  1799.   sequence number.  The initial send sequence number (ISS) is chosen by
  1800.   the data sending TCP, and the initial receive sequence number (IRS) is
  1801.   learned during the connection establishing procedure.
  1802.  
  1803.   For a connection to be established or initialized, the two TCPs must
  1804.   synchronize on each other's initial sequence numbers.  This is done in
  1805.   an exchange of connection establishing segments carrying a control bit
  1806.   called "SYN" (for synchronize) and the initial sequence numbers.  As a
  1807.   shorthand, segments carrying the SYN bit are also called "SYNs".
  1808.   Hence, the solution requires a suitable mechanism for picking an
  1809.   initial sequence number and a slightly involved handshake to exchange
  1810.   the ISN's.
  1811.  
  1812.   The synchronization requires each side to send it's own initial
  1813.   sequence number and to receive a confirmation of it in acknowledgment
  1814.   from the other side.  Each side must also receive the other side's
  1815.   initial sequence number and send a confirming acknowledgment.
  1816.  
  1817.     1) A --> B  SYN my sequence number is X
  1818.     2) A <-- B  ACK your sequence number is X
  1819.     3) A <-- B  SYN my sequence number is Y
  1820.     4) A --> B  ACK your sequence number is Y
  1821.  
  1822.  
  1823.  
  1824.                                                                [Page 27]
  1825.  
  1826.  
  1827.                                                           September 1981
  1828. Transmission Control Protocol
  1829. Functional Specification
  1830.  
  1831.  
  1832.  
  1833.   Because steps 2 and 3 can be combined in a single message this is
  1834.   called the three way (or three message) handshake.
  1835.  
  1836.   A three way handshake is necessary because sequence numbers are not
  1837.   tied to a global clock in the network, and TCPs may have different
  1838.   mechanisms for picking the ISN's.  The receiver of the first SYN has
  1839.   no way of knowing whether the segment was an old delayed one or not,
  1840.   unless it remembers the last sequence number used on the connection
  1841.   (which is not always possible), and so it must ask the sender to
  1842.   verify this SYN.  The three way handshake and the advantages of a
  1843.   clock-driven scheme are discussed in [3].
  1844.  
  1845.   Knowing When to Keep Quiet
  1846.  
  1847.   To be sure that a TCP does not create a segment that carries a
  1848.   sequence number which may be duplicated by an old segment remaining in
  1849.   the network, the TCP must keep quiet for a maximum segment lifetime
  1850.   (MSL) before assigning any sequence numbers upon starting up or
  1851.   recovering from a crash in which memory of sequence numbers in use was
  1852.   lost.  For this specification the MSL is taken to be 2 minutes.  This
  1853.   is an engineering choice, and may be changed if experience indicates
  1854.   it is desirable to do so.  Note that if a TCP is reinitialized in some
  1855.   sense, yet retains its memory of sequence numbers in use, then it need
  1856.   not wait at all; it must only be sure to use sequence numbers larger
  1857.   than those recently used.
  1858.  
  1859.   The TCP Quiet Time Concept
  1860.  
  1861.     This specification provides that hosts which "crash" without
  1862.     retaining any knowledge of the last sequence numbers transmitted on
  1863.     each active (i.e., not closed) connection shall delay emitting any
  1864.     TCP segments for at least the agreed Maximum Segment Lifetime (MSL)
  1865.     in the internet system of which the host is a part.  In the
  1866.     paragraphs below, an explanation for this specification is given.
  1867.     TCP implementors may violate the "quiet time" restriction, but only
  1868.     at the risk of causing some old data to be accepted as new or new
  1869.     data rejected as old duplicated by some receivers in the internet
  1870.     system.
  1871.  
  1872.     TCPs consume sequence number space each time a segment is formed and
  1873.     entered into the network output queue at a source host. The
  1874.     duplicate detection and sequencing algorithm in the TCP protocol
  1875.     relies on the unique binding of segment data to sequence space to
  1876.     the extent that sequence numbers will not cycle through all 2**32
  1877.     values before the segment data bound to those sequence numbers has
  1878.     been delivered and acknowledged by the receiver and all duplicate
  1879.     copies of the segments have "drained" from the internet.  Without
  1880.     such an assumption, two distinct TCP segments could conceivably be
  1881.  
  1882.  
  1883. [Page 28]                                                               
  1884.  
  1885.  
  1886. September 1981                                                          
  1887.                                            Transmission Control Protocol
  1888.                                                 Functional Specification
  1889.  
  1890.  
  1891.  
  1892.     assigned the same or overlapping sequence numbers, causing confusion
  1893.     at the receiver as to which data is new and which is old.  Remember
  1894.     that each segment is bound to as many consecutive sequence numbers
  1895.     as there are octets of data in the segment.
  1896.  
  1897.     Under normal conditions, TCPs keep track of the next sequence number
  1898.     to emit and the oldest awaiting acknowledgment so as to avoid
  1899.     mistakenly using a sequence number over before its first use has
  1900.     been acknowledged.  This alone does not guarantee that old duplicate
  1901.     data is drained from the net, so the sequence space has been made
  1902.     very large to reduce the probability that a wandering duplicate will
  1903.     cause trouble upon arrival.  At 2 megabits/sec. it takes 4.5 hours
  1904.     to use up 2**32 octets of sequence space.  Since the maximum segment
  1905.     lifetime in the net is not likely to exceed a few tens of seconds,
  1906.     this is deemed ample protection for foreseeable nets, even if data
  1907.     rates escalate to l0's of megabits/sec.  At 100 megabits/sec, the
  1908.     cycle time is 5.4 minutes which may be a little short, but still
  1909.     within reason.
  1910.  
  1911.     The basic duplicate detection and sequencing algorithm in TCP can be
  1912.     defeated, however, if a source TCP does not have any memory of the
  1913.     sequence numbers it last used on a given connection. For example, if
  1914.     the TCP were to start all connections with sequence number 0, then
  1915.     upon crashing and restarting, a TCP might re-form an earlier
  1916.     connection (possibly after half-open connection resolution) and emit
  1917.     packets with sequence numbers identical to or overlapping with
  1918.     packets still in the network which were emitted on an earlier
  1919.     incarnation of the same connection.  In the absence of knowledge
  1920.     about the sequence numbers used on a particular connection, the TCP
  1921.     specification recommends that the source delay for MSL seconds
  1922.     before emitting segments on the connection, to allow time for
  1923.     segments from the earlier connection incarnation to drain from the
  1924.     system.
  1925.  
  1926.     Even hosts which can remember the time of day and used it to select
  1927.     initial sequence number values are not immune from this problem
  1928.     (i.e., even if time of day is used to select an initial sequence
  1929.     number for each new connection incarnation).
  1930.  
  1931.     Suppose, for example, that a connection is opened starting with
  1932.     sequence number S.  Suppose that this connection is not used much
  1933.     and that eventually the initial sequence number function (ISN(t))
  1934.     takes on a value equal to the sequence number, say S1, of the last
  1935.     segment sent by this TCP on a particular connection.  Now suppose,
  1936.     at this instant, the host crashes, recovers, and establishes a new
  1937.     incarnation of the connection. The initial sequence number chosen is
  1938.     S1 = ISN(t) -- last used sequence number on old incarnation of
  1939.     connection!  If the recovery occurs quickly enough, any old
  1940.  
  1941.  
  1942.                                                                [Page 29]
  1943.  
  1944.  
  1945.                                                           September 1981
  1946. Transmission Control Protocol
  1947. Functional Specification
  1948.  
  1949.  
  1950.  
  1951.     duplicates in the net bearing sequence numbers in the neighborhood
  1952.     of S1 may arrive and be treated as new packets by the receiver of
  1953.     the new incarnation of the connection.
  1954.  
  1955.     The problem is that the recovering host may not know for how long it
  1956.     crashed nor does it know whether there are still old duplicates in
  1957.     the system from earlier connection incarnations.
  1958.  
  1959.     One way to deal with this problem is to deliberately delay emitting
  1960.     segments for one MSL after recovery from a crash- this is the "quite
  1961.     time" specification.  Hosts which prefer to avoid waiting are
  1962.     willing to risk possible confusion of old and new packets at a given
  1963.     destination may choose not to wait for the "quite time".
  1964.     Implementors may provide TCP users with the ability to select on a
  1965.     connection by connection basis whether to wait after a crash, or may
  1966.     informally implement the "quite time" for all connections.
  1967.     Obviously, even where a user selects to "wait," this is not
  1968.     necessary after the host has been "up" for at least MSL seconds.
  1969.  
  1970.     To summarize: every segment emitted occupies one or more sequence
  1971.     numbers in the sequence space, the numbers occupied by a segment are
  1972.     "busy" or "in use" until MSL seconds have passed, upon crashing a
  1973.     block of space-time is occupied by the octets of the last emitted
  1974.     segment, if a new connection is started too soon and uses any of the
  1975.     sequence numbers in the space-time footprint of the last segment of
  1976.     the previous connection incarnation, there is a potential sequence
  1977.     number overlap area which could cause confusion at the receiver.
  1978.  
  1979. 3.4.  Establishing a connection
  1980.  
  1981.   The "three-way handshake" is the procedure used to establish a
  1982.   connection.  This procedure normally is initiated by one TCP and
  1983.   responded to by another TCP.  The procedure also works if two TCP
  1984.   simultaneously initiate the procedure.  When simultaneous attempt
  1985.   occurs, each TCP receives a "SYN" segment which carries no
  1986.   acknowledgment after it has sent a "SYN".  Of course, the arrival of
  1987.   an old duplicate "SYN" segment can potentially make it appear, to the
  1988.   recipient, that a simultaneous connection initiation is in progress.
  1989.   Proper use of "reset" segments can disambiguate these cases.
  1990.  
  1991.   Several examples of connection initiation follow.  Although these
  1992.   examples do not show connection synchronization using data-carrying
  1993.   segments, this is perfectly legitimate, so long as the receiving TCP
  1994.   doesn't deliver the data to the user until it is clear the data is
  1995.   valid (i.e., the data must be buffered at the receiver until the
  1996.   connection reaches the ESTABLISHED state).  The three-way handshake
  1997.   reduces the possibility of false connections.  It is the
  1998.  
  1999.  
  2000.  
  2001. [Page 30]                                                               
  2002.  
  2003.  
  2004. September 1981                                                          
  2005.                                            Transmission Control Protocol
  2006.                                                 Functional Specification
  2007.  
  2008.  
  2009.  
  2010.   implementation of a trade-off between memory and messages to provide
  2011.   information for this checking.
  2012.  
  2013.   The simplest three-way handshake is shown in figure 7 below.  The
  2014.   figures should be interpreted in the following way.  Each line is
  2015.   numbered for reference purposes.  Right arrows (-->) indicate
  2016.   departure of a TCP segment from TCP A to TCP B, or arrival of a
  2017.   segment at B from A.  Left arrows (<--), indicate the reverse.
  2018.   Ellipsis (...) indicates a segment which is still in the network
  2019.   (delayed).  An "XXX" indicates a segment which is lost or rejected.
  2020.   Comments appear in parentheses.  TCP states represent the state AFTER
  2021.   the departure or arrival of the segment (whose contents are shown in
  2022.   the center of each line).  Segment contents are shown in abbreviated
  2023.   form, with sequence number, control flags, and ACK field.  Other
  2024.   fields such as window, addresses, lengths, and text have been left out
  2025.   in the interest of clarity.
  2026.  
  2027.   
  2028.  
  2029.       TCP A                                                TCP B
  2030.  
  2031.   1.  CLOSED                                               LISTEN
  2032.  
  2033.   2.  SYN-SENT    --> <SEQ=100><CTL=SYN>               --> SYN-RECEIVED
  2034.  
  2035.   3.  ESTABLISHED <-- <SEQ=300><ACK=101><CTL=SYN,ACK>  <-- SYN-RECEIVED
  2036.  
  2037.   4.  ESTABLISHED --> <SEQ=101><ACK=301><CTL=ACK>       --> ESTABLISHED
  2038.  
  2039.   5.  ESTABLISHED --> <SEQ=101><ACK=301><CTL=ACK><DATA> --> ESTABLISHED
  2040.  
  2041.           Basic 3-Way Handshake for Connection Synchronization
  2042.  
  2043.                                 Figure 7.
  2044.  
  2045.   In line 2 of figure 7, TCP A begins by sending a SYN segment
  2046.   indicating that it will use sequence numbers starting with sequence
  2047.   number 100.  In line 3, TCP B sends a SYN and acknowledges the SYN it
  2048.   received from TCP A.  Note that the acknowledgment field indicates TCP
  2049.   B is now expecting to hear sequence 101, acknowledging the SYN which
  2050.   occupied sequence 100.
  2051.  
  2052.   At line 4, TCP A responds with an empty segment containing an ACK for
  2053.   TCP B's SYN; and in line 5, TCP A sends some data.  Note that the
  2054.   sequence number of the segment in line 5 is the same as in line 4
  2055.   because the ACK does not occupy sequence number space (if it did, we
  2056.   would wind up ACKing ACK's!).
  2057.  
  2058.  
  2059.  
  2060.                                                                [Page 31]
  2061.  
  2062.  
  2063.                                                           September 1981
  2064. Transmission Control Protocol
  2065. Functional Specification
  2066.  
  2067.  
  2068.  
  2069.   Simultaneous initiation is only slightly more complex, as is shown in
  2070.   figure 8.  Each TCP cycles from CLOSED to SYN-SENT to SYN-RECEIVED to
  2071.   ESTABLISHED.
  2072.  
  2073.   
  2074.  
  2075.       TCP A                                            TCP B
  2076.  
  2077.   1.  CLOSED                                           CLOSED
  2078.  
  2079.   2.  SYN-SENT     --> <SEQ=100><CTL=SYN>              ...
  2080.  
  2081.   3.  SYN-RECEIVED <-- <SEQ=300><CTL=SYN>              <-- SYN-SENT
  2082.  
  2083.   4.               ... <SEQ=100><CTL=SYN>              --> SYN-RECEIVED
  2084.  
  2085.   5.  SYN-RECEIVED --> <SEQ=100><ACK=301><CTL=SYN,ACK> ...
  2086.  
  2087.   6.  ESTABLISHED  <-- <SEQ=300><ACK=101><CTL=SYN,ACK> <-- SYN-RECEIVED
  2088.  
  2089.   7.               ... <SEQ=101><ACK=301><CTL=ACK>     --> ESTABLISHED
  2090.  
  2091.                 Simultaneous Connection Synchronization
  2092.  
  2093.                                Figure 8.
  2094.  
  2095.   The principle reason for the three-way handshake is to prevent old
  2096.   duplicate connection initiations from causing confusion.  To deal with
  2097.   this, a special control message, reset, has been devised.  If the
  2098.   receiving TCP is in a  non-synchronized state (i.e., SYN-SENT,
  2099.   SYN-RECEIVED), it returns to LISTEN on receiving an acceptable reset.
  2100.   If the TCP is in one of the synchronized states (ESTABLISHED,
  2101.   FIN-WAIT-1, FIN-WAIT-2, CLOSE-WAIT, CLOSING, LAST-ACK, TIME-WAIT), it
  2102.   aborts the connection and informs its user.  We discuss this latter
  2103.   case under "half-open" connections below.
  2104.  
  2105.  
  2106.  
  2107.  
  2108.  
  2109.  
  2110.  
  2111.  
  2112.  
  2113.  
  2114.  
  2115.  
  2116.  
  2117.  
  2118.  
  2119. [Page 32]                                                               
  2120.  
  2121.  
  2122. September 1981                                                          
  2123.                                            Transmission Control Protocol
  2124.                                                 Functional Specification
  2125.  
  2126.  
  2127.  
  2128.   
  2129.  
  2130.       TCP A                                                TCP B
  2131.  
  2132.   1.  CLOSED                                               LISTEN
  2133.  
  2134.   2.  SYN-SENT    --> <SEQ=100><CTL=SYN>               ...
  2135.  
  2136.   3.  (duplicate) ... <SEQ=90><CTL=SYN>               --> SYN-RECEIVED
  2137.  
  2138.   4.  SYN-SENT    <-- <SEQ=300><ACK=91><CTL=SYN,ACK>  <-- SYN-RECEIVED
  2139.  
  2140.   5.  SYN-SENT    --> <SEQ=91><CTL=RST>               --> LISTEN
  2141.   
  2142.  
  2143.   6.              ... <SEQ=100><CTL=SYN>               --> SYN-RECEIVED
  2144.  
  2145.   7.  SYN-SENT    <-- <SEQ=400><ACK=101><CTL=SYN,ACK>  <-- SYN-RECEIVED
  2146.  
  2147.   8.  ESTABLISHED --> <SEQ=101><ACK=401><CTL=ACK>      --> ESTABLISHED
  2148.  
  2149.                     Recovery from Old Duplicate SYN
  2150.  
  2151.                                Figure 9.
  2152.  
  2153.   As a simple example of recovery from old duplicates, consider
  2154.   figure 9.  At line 3, an old duplicate SYN arrives at TCP B.  TCP B
  2155.   cannot tell that this is an old duplicate, so it responds normally
  2156.   (line 4).  TCP A detects that the ACK field is incorrect and returns a
  2157.   RST (reset) with its SEQ field selected to make the segment
  2158.   believable.  TCP B, on receiving the RST, returns to the LISTEN state.
  2159.   When the original SYN (pun intended) finally arrives at line 6, the
  2160.   synchronization proceeds normally.  If the SYN at line 6 had arrived
  2161.   before the RST, a more complex exchange might have occurred with RST's
  2162.   sent in both directions.
  2163.  
  2164.   Half-Open Connections and Other Anomalies
  2165.  
  2166.   An established connection is said to be  "half-open" if one of the
  2167.   TCPs has closed or aborted the connection at its end without the
  2168.   knowledge of the other, or if the two ends of the connection have
  2169.   become desynchronized owing to a crash that resulted in loss of
  2170.   memory.  Such connections will automatically become reset if an
  2171.   attempt is made to send data in either direction.  However, half-open
  2172.   connections are expected to be unusual, and the recovery procedure is
  2173.   mildly involved.
  2174.  
  2175.   If at site A the connection no longer exists, then an attempt by the
  2176.  
  2177.  
  2178.                                                                [Page 33]
  2179.  
  2180.  
  2181.                                                           September 1981
  2182. Transmission Control Protocol
  2183. Functional Specification
  2184.  
  2185.  
  2186.  
  2187.   user at site B to send any data on it will result in the site B TCP
  2188.   receiving a reset control message.  Such a message indicates to the
  2189.   site B TCP that something is wrong, and it is expected to abort the
  2190.   connection.
  2191.  
  2192.   Assume that two user processes A and B are communicating with one
  2193.   another when a crash occurs causing loss of memory to A's TCP.
  2194.   Depending on the operating system supporting A's TCP, it is likely
  2195.   that some error recovery mechanism exists.  When the TCP is up again,
  2196.   A is likely to start again from the beginning or from a recovery
  2197.   point.  As a result, A will probably try to OPEN the connection again
  2198.   or try to SEND on the connection it believes open.  In the latter
  2199.   case, it receives the error message "connection not open" from the
  2200.   local (A's) TCP.  In an attempt to establish the connection, A's TCP
  2201.   will send a segment containing SYN.  This scenario leads to the
  2202.   example shown in figure 10.  After TCP A crashes, the user attempts to
  2203.   re-open the connection.  TCP B, in the meantime, thinks the connection
  2204.   is open.
  2205.  
  2206.   
  2207.  
  2208.       TCP A                                           TCP B
  2209.  
  2210.   1.  (CRASH)                               (send 300,receive 100)
  2211.  
  2212.   2.  CLOSED                                           ESTABLISHED
  2213.  
  2214.   3.  SYN-SENT --> <SEQ=400><CTL=SYN>              --> (??)
  2215.  
  2216.   4.  (!!)     <-- <SEQ=300><ACK=100><CTL=ACK>     <-- ESTABLISHED
  2217.  
  2218.   5.  SYN-SENT --> <SEQ=100><CTL=RST>              --> (Abort!!)
  2219.  
  2220.   6.  SYN-SENT                                         CLOSED
  2221.  
  2222.   7.  SYN-SENT --> <SEQ=400><CTL=SYN>              -->
  2223.  
  2224.                      Half-Open Connection Discovery
  2225.  
  2226.                                Figure 10.
  2227.  
  2228.   When the SYN arrives at line 3, TCP B, being in a synchronized state,
  2229.   and the incoming segment outside the window, responds with an
  2230.   acknowledgment indicating what sequence it next expects to hear (ACK
  2231.   100).  TCP A sees that this segment does not acknowledge anything it
  2232.   sent and, being unsynchronized, sends a reset (RST) because it has
  2233.   detected a half-open connection.  TCP B aborts at line 5.  TCP A will
  2234.  
  2235.  
  2236.  
  2237. [Page 34]                                                               
  2238.  
  2239.  
  2240. September 1981                                                          
  2241.                                            Transmission Control Protocol
  2242.                                                 Functional Specification
  2243.  
  2244.  
  2245.  
  2246.   continue to try to establish the connection; the problem is now
  2247.   reduced to the basic 3-way handshake of figure 7.
  2248.  
  2249.   An interesting alternative case occurs when TCP A crashes and TCP B
  2250.   tries to send data on what it thinks is a synchronized connection.
  2251.   This is illustrated in figure 11.  In this case, the data arriving at
  2252.   TCP A from TCP B (line 2) is unacceptable because no such connection
  2253.   exists, so TCP A sends a RST.  The RST is acceptable so TCP B
  2254.   processes it and aborts the connection.
  2255.  
  2256.   
  2257.  
  2258.         TCP A                                              TCP B
  2259.  
  2260.   1.  (CRASH)                                   (send 300,receive 100)
  2261.  
  2262.   2.  (??)    <-- <SEQ=300><ACK=100><DATA=10><CTL=ACK> <-- ESTABLISHED
  2263.  
  2264.   3.          --> <SEQ=100><CTL=RST>                   --> (ABORT!!)
  2265.  
  2266.            Active Side Causes Half-Open Connection Discovery
  2267.  
  2268.                                Figure 11.
  2269.  
  2270.   In figure 12, we find the two TCPs A and B with passive connections
  2271.   waiting for SYN.  An old duplicate arriving at TCP B (line 2) stirs B
  2272.   into action.  A SYN-ACK is returned (line 3) and causes TCP A to
  2273.   generate a RST (the ACK in line 3 is not acceptable).  TCP B accepts
  2274.   the reset and returns to its passive LISTEN state.
  2275.  
  2276.   
  2277.  
  2278.       TCP A                                         TCP B
  2279.  
  2280.   1.  LISTEN                                        LISTEN
  2281.  
  2282.   2.       ... <SEQ=Z><CTL=SYN>                -->  SYN-RECEIVED
  2283.  
  2284.   3.  (??) <-- <SEQ=X><ACK=Z+1><CTL=SYN,ACK>   <--  SYN-RECEIVED
  2285.  
  2286.   4.       --> <SEQ=Z+1><CTL=RST>              -->  (return to LISTEN!)
  2287.  
  2288.   5.  LISTEN                                        LISTEN
  2289.  
  2290.        Old Duplicate SYN Initiates a Reset on two Passive Sockets
  2291.  
  2292.                                Figure 12.
  2293.  
  2294.  
  2295.  
  2296.                                                                [Page 35]
  2297.  
  2298.  
  2299.                                                           September 1981
  2300. Transmission Control Protocol
  2301. Functional Specification
  2302.  
  2303.  
  2304.  
  2305.   A variety of other cases are possible, all of which are accounted for
  2306.   by the following rules for RST generation and processing.
  2307.  
  2308.   Reset Generation
  2309.  
  2310.   As a general rule, reset (RST) must be sent whenever a segment arrives
  2311.   which apparently is not intended for the current connection.  A reset
  2312.   must not be sent if it is not clear that this is the case.
  2313.  
  2314.   There are three groups of states:
  2315.  
  2316.     1.  If the connection does not exist (CLOSED) then a reset is sent
  2317.     in response to any incoming segment except another reset.  In
  2318.     particular, SYNs addressed to a non-existent connection are rejected
  2319.     by this means.
  2320.  
  2321.     If the incoming segment has an ACK field, the reset takes its
  2322.     sequence number from the ACK field of the segment, otherwise the
  2323.     reset has sequence number zero and the ACK field is set to the sum
  2324.     of the sequence number and segment length of the incoming segment.
  2325.     The connection remains in the CLOSED state.
  2326.  
  2327.     2.  If the connection is in any non-synchronized state (LISTEN,
  2328.     SYN-SENT, SYN-RECEIVED), and the incoming segment acknowledges
  2329.     something not yet sent (the segment carries an unacceptable ACK), or
  2330.     if an incoming segment has a security level or compartment which
  2331.     does not exactly match the level and compartment requested for the
  2332.     connection, a reset is sent.
  2333.  
  2334.     If our SYN has not been acknowledged and the precedence level of the
  2335.     incoming segment is higher than the precedence level requested then
  2336.     either raise the local precedence level (if allowed by the user and
  2337.     the system) or send a reset; or if the precedence level of the
  2338.     incoming segment is lower than the precedence level requested then
  2339.     continue as if the precedence matched exactly (if the remote TCP
  2340.     cannot raise the precedence level to match ours this will be
  2341.     detected in the next segment it sends, and the connection will be
  2342.     terminated then).  If our SYN has been acknowledged (perhaps in this
  2343.     incoming segment) the precedence level of the incoming segment must
  2344.     match the local precedence level exactly, if it does not a reset
  2345.     must be sent.
  2346.  
  2347.     If the incoming segment has an ACK field, the reset takes its
  2348.     sequence number from the ACK field of the segment, otherwise the
  2349.     reset has sequence number zero and the ACK field is set to the sum
  2350.     of the sequence number and segment length of the incoming segment.
  2351.     The connection remains in the same state.
  2352.  
  2353.  
  2354.  
  2355. [Page 36]                                                               
  2356.  
  2357.  
  2358. September 1981                                                          
  2359.                                            Transmission Control Protocol
  2360.                                                 Functional Specification
  2361.  
  2362.  
  2363.  
  2364.     3.  If the connection is in a synchronized state (ESTABLISHED,
  2365.     FIN-WAIT-1, FIN-WAIT-2, CLOSE-WAIT, CLOSING, LAST-ACK, TIME-WAIT),
  2366.     any unacceptable segment (out of window sequence number or
  2367.     unacceptible acknowledgment number) must elicit only an empty
  2368.     acknowledgment segment containing the current send-sequence number
  2369.     and an acknowledgment indicating the next sequence number expected
  2370.     to be received, and the connection remains in the same state.
  2371.  
  2372.     If an incoming segment has a security level, or compartment, or
  2373.     precedence which does not exactly match the level, and compartment,
  2374.     and precedence requested for the connection,a reset is sent and
  2375.     connection goes to the CLOSED state.  The reset takes its sequence
  2376.     number from the ACK field of the incoming segment.
  2377.  
  2378.   Reset Processing
  2379.  
  2380.   In all states except SYN-SENT, all reset (RST) segments are validated
  2381.   by checking their SEQ-fields.  A reset is valid if its sequence number
  2382.   is in the window.  In the SYN-SENT state (a RST received in response
  2383.   to an initial SYN), the RST is acceptable if the ACK field
  2384.   acknowledges the SYN.
  2385.  
  2386.   The receiver of a RST first validates it, then changes state.  If the
  2387.   receiver was in the LISTEN state, it ignores it.  If the receiver was
  2388.   in SYN-RECEIVED state and had previously been in the LISTEN state,
  2389.   then the receiver returns to the LISTEN state, otherwise the receiver
  2390.   aborts the connection and goes to the CLOSED state.  If the receiver
  2391.   was in any other state, it aborts the connection and advises the user
  2392.   and goes to the CLOSED state.
  2393.  
  2394. 3.5.  Closing a Connection
  2395.  
  2396.   CLOSE is an operation meaning "I have no more data to send."  The
  2397.   notion of closing a full-duplex connection is subject to ambiguous
  2398.   interpretation, of course, since it may not be obvious how to treat
  2399.   the receiving side of the connection.  We have chosen to treat CLOSE
  2400.   in a simplex fashion.  The user who CLOSEs may continue to RECEIVE
  2401.   until he is told that the other side has CLOSED also.  Thus, a program
  2402.   could initiate several SENDs followed by a CLOSE, and then continue to
  2403.   RECEIVE until signaled that a RECEIVE failed because the other side
  2404.   has CLOSED.  We assume that the TCP will signal a user, even if no
  2405.   RECEIVEs are outstanding, that the other side has closed, so the user
  2406.   can terminate his side gracefully.  A TCP will reliably deliver all
  2407.   buffers SENT before the connection was CLOSED so a user who expects no
  2408.   data in return need only wait to hear the connection was CLOSED
  2409.   successfully to know that all his data was received at the destination
  2410.   TCP.  Users must keep reading connections they close for sending until
  2411.   the TCP says no more data.
  2412.  
  2413.  
  2414.                                                                [Page 37]
  2415.  
  2416.  
  2417.                                                           September 1981
  2418. Transmission Control Protocol
  2419. Functional Specification
  2420.  
  2421.  
  2422.  
  2423.   There are essentially three cases:
  2424.  
  2425.     1) The user initiates by telling the TCP to CLOSE the connection
  2426.  
  2427.     2) The remote TCP initiates by sending a FIN control signal
  2428.  
  2429.     3) Both users CLOSE simultaneously
  2430.  
  2431.   Case 1:  Local user initiates the close
  2432.  
  2433.     In this case, a FIN segment can be constructed and placed on the
  2434.     outgoing segment queue.  No further SENDs from the user will be
  2435.     accepted by the TCP, and it enters the FIN-WAIT-1 state.  RECEIVEs
  2436.     are allowed in this state.  All segments preceding and including FIN
  2437.     will be retransmitted until acknowledged.  When the other TCP has
  2438.     both acknowledged the FIN and sent a FIN of its own, the first TCP
  2439.     can ACK this FIN.  Note that a TCP receiving a FIN will ACK but not
  2440.     send its own FIN until its user has CLOSED the connection also.
  2441.  
  2442.   Case 2:  TCP receives a FIN from the network
  2443.  
  2444.     If an unsolicited FIN arrives from the network, the receiving TCP
  2445.     can ACK it and tell the user that the connection is closing.  The
  2446.     user will respond with a CLOSE, upon which the TCP can send a FIN to
  2447.     the other TCP after sending any remaining data.  The TCP then waits
  2448.     until its own FIN is acknowledged whereupon it deletes the
  2449.     connection.  If an ACK is not forthcoming, after the user timeout
  2450.     the connection is aborted and the user is told.
  2451.  
  2452.   Case 3:  both users close simultaneously
  2453.  
  2454.     A simultaneous CLOSE by users at both ends of a connection causes
  2455.     FIN segments to be exchanged.  When all segments preceding the FINs
  2456.     have been processed and acknowledged, each TCP can ACK the FIN it
  2457.     has received.  Both will, upon receiving these ACKs, delete the
  2458.     connection.
  2459.  
  2460.  
  2461.  
  2462.  
  2463.  
  2464.  
  2465.  
  2466.  
  2467.  
  2468.  
  2469.  
  2470.  
  2471.  
  2472.  
  2473. [Page 38]                                                               
  2474.  
  2475.  
  2476. September 1981                                                          
  2477.                                            Transmission Control Protocol
  2478.                                                 Functional Specification
  2479.  
  2480.  
  2481.  
  2482.   
  2483.  
  2484.       TCP A                                                TCP B
  2485.  
  2486.   1.  ESTABLISHED                                          ESTABLISHED
  2487.  
  2488.   2.  (Close)
  2489.       FIN-WAIT-1  --> <SEQ=100><ACK=300><CTL=FIN,ACK>  --> CLOSE-WAIT
  2490.  
  2491.   3.  FIN-WAIT-2  <-- <SEQ=300><ACK=101><CTL=ACK>      <-- CLOSE-WAIT
  2492.  
  2493.   4.                                                       (Close)
  2494.       TIME-WAIT   <-- <SEQ=300><ACK=101><CTL=FIN,ACK>  <-- LAST-ACK
  2495.  
  2496.   5.  TIME-WAIT   --> <SEQ=101><ACK=301><CTL=ACK>      --> CLOSED
  2497.  
  2498.   6.  (2 MSL)
  2499.       CLOSED                                                      
  2500.  
  2501.                          Normal Close Sequence
  2502.  
  2503.                                Figure 13.
  2504.  
  2505.   
  2506.  
  2507.       TCP A                                                TCP B
  2508.  
  2509.   1.  ESTABLISHED                                          ESTABLISHED
  2510.  
  2511.   2.  (Close)                                              (Close)
  2512.       FIN-WAIT-1  --> <SEQ=100><ACK=300><CTL=FIN,ACK>  ... FIN-WAIT-1
  2513.                   <-- <SEQ=300><ACK=100><CTL=FIN,ACK>  <--
  2514.                   ... <SEQ=100><ACK=300><CTL=FIN,ACK>  -->
  2515.  
  2516.   3.  CLOSING     --> <SEQ=101><ACK=301><CTL=ACK>      ... CLOSING
  2517.                   <-- <SEQ=301><ACK=101><CTL=ACK>      <--
  2518.                   ... <SEQ=101><ACK=301><CTL=ACK>      -->
  2519.  
  2520.   4.  TIME-WAIT                                            TIME-WAIT
  2521.       (2 MSL)                                              (2 MSL)
  2522.       CLOSED                                               CLOSED
  2523.  
  2524.                       Simultaneous Close Sequence
  2525.  
  2526.                                Figure 14.
  2527.  
  2528.  
  2529.  
  2530.  
  2531.  
  2532.                                                                [Page 39]
  2533.  
  2534.  
  2535.                                                           September 1981
  2536. Transmission Control Protocol
  2537. Functional Specification
  2538.  
  2539.  
  2540.  
  2541. 3.6.  Precedence and Security
  2542.  
  2543.   The intent is that connection be allowed only between ports operating
  2544.   with exactly the same security and compartment values and at the
  2545.   higher of the precedence level requested by the two ports.
  2546.  
  2547.   The precedence and security parameters used in TCP are exactly those
  2548.   defined in the Internet Protocol (IP) [2].  Throughout this TCP
  2549.   specification the term "security/compartment" is intended to indicate
  2550.   the security parameters used in IP including security, compartment,
  2551.   user group, and handling restriction.
  2552.  
  2553.   A connection attempt with mismatched security/compartment values or a
  2554.   lower precedence value must be rejected by sending a reset.  Rejecting
  2555.   a connection due to too low a precedence only occurs after an
  2556.   acknowledgment of the SYN has been received.
  2557.  
  2558.   Note that TCP modules which operate only at the default value of
  2559.   precedence will still have to check the precedence of incoming
  2560.   segments and possibly raise the precedence level they use on the
  2561.   connection.
  2562.  
  2563.   The security paramaters may be used even in a non-secure environment
  2564.   (the values would indicate unclassified data), thus hosts in
  2565.   non-secure environments must be prepared to receive the security
  2566.   parameters, though they need not send them.
  2567.  
  2568. 3.7.  Data Communication
  2569.  
  2570.   Once the connection is established data is communicated by the
  2571.   exchange of segments.  Because segments may be lost due to errors
  2572.   (checksum test failure), or network congestion, TCP uses
  2573.   retransmission (after a timeout) to ensure delivery of every segment.
  2574.   Duplicate segments may arrive due to network or TCP retransmission.
  2575.   As discussed in the section on sequence numbers the TCP performs
  2576.   certain tests on the sequence and acknowledgment numbers in the
  2577.   segments to verify their acceptability.
  2578.  
  2579.   The sender of data keeps track of the next sequence number to use in
  2580.   the variable SND.NXT.  The receiver of data keeps track of the next
  2581.   sequence number to expect in the variable RCV.NXT.  The sender of data
  2582.   keeps track of the oldest unacknowledged sequence number in the
  2583.   variable SND.UNA.  If the data flow is momentarily idle and all data
  2584.   sent has been acknowledged then the three variables will be equal.
  2585.  
  2586.   When the sender creates a segment and transmits it the sender advances
  2587.   SND.NXT.  When the receiver accepts a segment it advances RCV.NXT and
  2588.   sends an acknowledgment.  When the data sender receives an
  2589.  
  2590.  
  2591. [Page 40]                                                               
  2592.  
  2593.  
  2594. September 1981                                                          
  2595.                                            Transmission Control Protocol
  2596.                                                 Functional Specification
  2597.  
  2598.  
  2599.  
  2600.   acknowledgment it advances SND.UNA.  The extent to which the values of
  2601.   these variables differ is a measure of the delay in the communication.
  2602.   The amount by which the variables are advanced is the length of the
  2603.   data in the segment.  Note that once in the ESTABLISHED state all
  2604.   segments must carry current acknowledgment information.
  2605.  
  2606.   The CLOSE user call implies a push function, as does the FIN control
  2607.   flag in an incoming segment.
  2608.  
  2609.   Retransmission Timeout
  2610.  
  2611.   Because of the variability of the networks that compose an
  2612.   internetwork system and the wide range of uses of TCP connections the
  2613.   retransmission timeout must be dynamically determined.  One procedure
  2614.   for determining a retransmission time out is given here as an
  2615.   illustration.
  2616.  
  2617.     An Example Retransmission Timeout Procedure
  2618.  
  2619.       Measure the elapsed time between sending a data octet with a
  2620.       particular sequence number and receiving an acknowledgment that
  2621.       covers that sequence number (segments sent do not have to match
  2622.       segments received).  This measured elapsed time is the Round Trip
  2623.       Time (RTT).  Next compute a Smoothed Round Trip Time (SRTT) as:
  2624.  
  2625.         SRTT = ( ALPHA * SRTT ) + ((1-ALPHA) * RTT)
  2626.  
  2627.       and based on this, compute the retransmission timeout (RTO) as:
  2628.  
  2629.         RTO = min[UBOUND,max[LBOUND,(BETA*SRTT)]]
  2630.  
  2631.       where UBOUND is an upper bound on the timeout (e.g., 1 minute),
  2632.       LBOUND is a lower bound on the timeout (e.g., 1 second), ALPHA is
  2633.       a smoothing factor (e.g., .8 to .9), and BETA is a delay variance
  2634.       factor (e.g., 1.3 to 2.0).
  2635.  
  2636.   The Communication of Urgent Information
  2637.  
  2638.   The objective of the TCP urgent mechanism is to allow the sending user
  2639.   to stimulate the receiving user to accept some urgent data and to
  2640.   permit the receiving TCP to indicate to the receiving user when all
  2641.   the currently known urgent data has been received by the user.
  2642.  
  2643.   This mechanism permits a point in the data stream to be designated as
  2644.   the end of urgent information.  Whenever this point is in advance of
  2645.   the receive sequence number (RCV.NXT) at the receiving TCP, that TCP
  2646.   must tell the user to go into "urgent mode"; when the receive sequence
  2647.   number catches up to the urgent pointer, the TCP must tell user to go
  2648.  
  2649.  
  2650.                                                                [Page 41]
  2651.  
  2652.  
  2653.                                                           September 1981
  2654. Transmission Control Protocol
  2655. Functional Specification
  2656.  
  2657.  
  2658.  
  2659.   into "normal mode".  If the urgent pointer is updated while the user
  2660.   is in "urgent mode", the update will be invisible to the user.
  2661.  
  2662.   The method employs a urgent field which is carried in all segments
  2663.   transmitted.  The URG control flag indicates that the urgent field is
  2664.   meaningful and must be added to the segment sequence number to yield
  2665.   the urgent pointer.  The absence of this flag indicates that there is
  2666.   no urgent data outstanding.
  2667.  
  2668.   To send an urgent indication the user must also send at least one data
  2669.   octet.  If the sending user also indicates a push, timely delivery of
  2670.   the urgent information to the destination process is enhanced.
  2671.  
  2672.   Managing the Window
  2673.  
  2674.   The window sent in each segment indicates the range of sequence
  2675.   numbers the sender of the window (the data receiver) is currently
  2676.   prepared to accept.  There is an assumption that this is related to
  2677.   the currently available data buffer space available for this
  2678.   connection.
  2679.  
  2680.   Indicating a large window encourages transmissions.  If more data
  2681.   arrives than can be accepted, it will be discarded.  This will result
  2682.   in excessive retransmissions, adding unnecessarily to the load on the
  2683.   network and the TCPs.  Indicating a small window may restrict the
  2684.   transmission of data to the point of introducing a round trip delay
  2685.   between each new segment transmitted.
  2686.  
  2687.   The mechanisms provided allow a TCP to advertise a large window and to
  2688.   subsequently advertise a much smaller window without having accepted
  2689.   that much data.  This, so called "shrinking the window," is strongly
  2690.   discouraged.  The robustness principle dictates that TCPs will not
  2691.   shrink the window themselves, but will be prepared for such behavior
  2692.   on the part of other TCPs.
  2693.  
  2694.   The sending TCP must be prepared to accept from the user and send at
  2695.   least one octet of new data even if the send window is zero.  The
  2696.   sending TCP must regularly retransmit to the receiving TCP even when
  2697.   the window is zero.  Two minutes is recommended for the retransmission
  2698.   interval when the window is zero.  This retransmission is essential to
  2699.   guarantee that when either TCP has a zero window the re-opening of the
  2700.   window will be reliably reported to the other.
  2701.  
  2702.   When the receiving TCP has a zero window and a segment arrives it must
  2703.   still send an acknowledgment showing its next expected sequence number
  2704.   and current window (zero).
  2705.  
  2706.   The sending TCP packages the data to be transmitted into segments
  2707.  
  2708.  
  2709. [Page 42]                                                               
  2710.  
  2711.  
  2712. September 1981                                                          
  2713.                                            Transmission Control Protocol
  2714.                                                 Functional Specification
  2715.  
  2716.  
  2717.  
  2718.   which fit the current window, and may repackage segments on the
  2719.   retransmission queue.  Such repackaging is not required, but may be
  2720.   helpful.
  2721.  
  2722.   In a connection with a one-way data flow, the window information will
  2723.   be carried in acknowledgment segments that all have the same sequence
  2724.   number so there will be no way to reorder them if they arrive out of
  2725.   order.  This is not a serious problem, but it will allow the window
  2726.   information to be on occasion temporarily based on old reports from
  2727.   the data receiver.  A refinement to avoid this problem is to act on
  2728.   the window information from segments that carry the highest
  2729.   acknowledgment number (that is segments with acknowledgment number
  2730.   equal or greater than the highest previously received).
  2731.  
  2732.   The window management procedure has significant influence on the
  2733.   communication performance.  The following comments are suggestions to
  2734.   implementers.
  2735.  
  2736.     Window Management Suggestions
  2737.  
  2738.       Allocating a very small window causes data to be transmitted in
  2739.       many small segments when better performance is achieved using
  2740.       fewer large segments.
  2741.  
  2742.       One suggestion for avoiding small windows is for the receiver to
  2743.       defer updating a window until the additional allocation is at
  2744.       least X percent of the maximum allocation possible for the
  2745.       connection (where X might be 20 to 40).
  2746.  
  2747.       Another suggestion is for the sender to avoid sending small
  2748.       segments by waiting until the window is large enough before
  2749.       sending data.  If the the user signals a push function then the
  2750.       data must be sent even if it is a small segment.
  2751.  
  2752.       Note that the acknowledgments should not be delayed or unnecessary
  2753.       retransmissions will result.  One strategy would be to send an
  2754.       acknowledgment when a small segment arrives (with out updating the
  2755.       window information), and then to send another acknowledgment with
  2756.       new window information when the window is larger.
  2757.  
  2758.       The segment sent to probe a zero window may also begin a break up
  2759.       of transmitted data into smaller and smaller segments.  If a
  2760.       segment containing a single data octet sent to probe a zero window
  2761.       is accepted, it consumes one octet of the window now available.
  2762.       If the sending TCP simply sends as much as it can whenever the
  2763.       window is non zero, the transmitted data will be broken into
  2764.       alternating big and small segments.  As time goes on, occasional
  2765.       pauses in the receiver making window allocation available will
  2766.  
  2767.  
  2768.                                                                [Page 43]
  2769.  
  2770.  
  2771.                                                           September 1981
  2772. Transmission Control Protocol
  2773. Functional Specification
  2774.  
  2775.  
  2776.  
  2777.       result in breaking the big segments into a small and not quite so
  2778.       big pair. And after a while the data transmission will be in
  2779.       mostly small segments.
  2780.  
  2781.       The suggestion here is that the TCP implementations need to
  2782.       actively attempt to combine small window allocations into larger
  2783.       windows, since the mechanisms for managing the window tend to lead
  2784.       to many small windows in the simplest minded implementations.
  2785.  
  2786. 3.8.  Interfaces
  2787.  
  2788.   There are of course two interfaces of concern:  the user/TCP interface
  2789.   and the TCP/lower-level interface.  We have a fairly elaborate model
  2790.   of the user/TCP interface, but the interface to the lower level
  2791.   protocol module is left unspecified here, since it will be specified
  2792.   in detail by the specification of the lowel level protocol.  For the
  2793.   case that the lower level is IP we note some of the parameter values
  2794.   that TCPs might use.
  2795.  
  2796.   User/TCP Interface
  2797.  
  2798.     The following functional description of user commands to the TCP is,
  2799.     at best, fictional, since every operating system will have different
  2800.     facilities.  Consequently, we must warn readers that different TCP
  2801.     implementations may have different user interfaces.  However, all
  2802.     TCPs must provide a certain minimum set of services to guarantee
  2803.     that all TCP implementations can support the same protocol
  2804.     hierarchy.  This section specifies the functional interfaces
  2805.     required of all TCP implementations.
  2806.  
  2807.     TCP User Commands
  2808.  
  2809.       The following sections functionally characterize a USER/TCP
  2810.       interface.  The notation used is similar to most procedure or
  2811.       function calls in high level languages, but this usage is not
  2812.       meant to rule out trap type service calls (e.g., SVCs, UUOs,
  2813.       EMTs).
  2814.  
  2815.       The user commands described below specify the basic functions the
  2816.       TCP must perform to support interprocess communication.
  2817.       Individual implementations must define their own exact format, and
  2818.       may provide combinations or subsets of the basic functions in
  2819.       single calls.  In particular, some implementations may wish to
  2820.       automatically OPEN a connection on the first SEND or RECEIVE
  2821.       issued by the user for a given connection.
  2822.  
  2823.  
  2824.  
  2825.  
  2826.  
  2827. [Page 44]                                                               
  2828.  
  2829.  
  2830. September 1981                                                          
  2831.                                            Transmission Control Protocol
  2832.                                                 Functional Specification
  2833.  
  2834.  
  2835.  
  2836.       In providing interprocess communication facilities, the TCP must
  2837.       not only accept commands, but must also return information to the
  2838.       processes it serves.  The latter consists of:
  2839.  
  2840.         (a) general information about a connection (e.g., interrupts,
  2841.         remote close, binding of unspecified foreign socket).
  2842.  
  2843.         (b) replies to specific user commands indicating success or
  2844.         various types of failure.
  2845.  
  2846.       Open
  2847.  
  2848.         Format:  OPEN (local port, foreign socket, active/passive
  2849.         [, timeout] [, precedence] [, security/compartment] [, options])
  2850.         -> local connection name
  2851.  
  2852.         We assume that the local TCP is aware of the identity of the
  2853.         processes it serves and will check the authority of the process
  2854.         to use the connection specified.  Depending upon the
  2855.         implementation of the TCP, the local network and TCP identifiers
  2856.         for the source address will either be supplied by the TCP or the
  2857.         lower level protocol (e.g., IP).  These considerations are the
  2858.         result of concern about security, to the extent that no TCP be
  2859.         able to masquerade as another one, and so on.  Similarly, no
  2860.         process can masquerade as another without the collusion of the
  2861.         TCP.
  2862.  
  2863.         If the active/passive flag is set to passive, then this is a
  2864.         call to LISTEN for an incoming connection.  A passive open may
  2865.         have either a fully specified foreign socket to wait for a
  2866.         particular connection or an unspecified foreign socket to wait
  2867.         for any call.  A fully specified passive call can be made active
  2868.         by the subsequent execution of a SEND.
  2869.  
  2870.         A transmission control block (TCB) is created and partially
  2871.         filled in with data from the OPEN command parameters.
  2872.  
  2873.         On an active OPEN command, the TCP will begin the procedure to
  2874.         synchronize (i.e., establish) the connection at once.
  2875.  
  2876.         The timeout, if present, permits the caller to set up a timeout
  2877.         for all data submitted to TCP.  If data is not successfully
  2878.         delivered to the destination within the timeout period, the TCP
  2879.         will abort the connection.  The present global default is five
  2880.         minutes.
  2881.  
  2882.         The TCP or some component of the operating system will verify
  2883.         the users authority to open a connection with the specified
  2884.  
  2885.  
  2886.                                                                [Page 45]
  2887.  
  2888.  
  2889.                                                           September 1981
  2890. Transmission Control Protocol
  2891. Functional Specification
  2892.  
  2893.  
  2894.  
  2895.         precedence or security/compartment.  The absence of precedence
  2896.         or security/compartment specification in the OPEN call indicates
  2897.         the default values must be used.
  2898.  
  2899.         TCP will accept incoming requests as matching only if the
  2900.         security/compartment information is exactly the same and only if
  2901.         the precedence is equal to or higher than the precedence
  2902.         requested in the OPEN call.
  2903.  
  2904.         The precedence for the connection is the higher of the values
  2905.         requested in the OPEN call and received from the incoming
  2906.         request, and fixed at that value for the life of the
  2907.         connection.Implementers may want to give the user control of
  2908.         this precedence negotiation.  For example, the user might be
  2909.         allowed to specify that the precedence must be exactly matched,
  2910.         or that any attempt to raise the precedence be confirmed by the
  2911.         user.
  2912.  
  2913.         A local connection name will be returned to the user by the TCP.
  2914.         The local connection name can then be used as a short hand term
  2915.         for the connection defined by the <local socket, foreign socket>
  2916.         pair.
  2917.  
  2918.       Send
  2919.  
  2920.         Format:  SEND (local connection name, buffer address, byte
  2921.         count, PUSH flag, URGENT flag [,timeout])
  2922.  
  2923.         This call causes the data contained in the indicated user buffer
  2924.         to be sent on the indicated connection.  If the connection has
  2925.         not been opened, the SEND is considered an error.  Some
  2926.         implementations may allow users to SEND first; in which case, an
  2927.         automatic OPEN would be done.  If the calling process is not
  2928.         authorized to use this connection, an error is returned.
  2929.  
  2930.         If the PUSH flag is set, the data must be transmitted promptly
  2931.         to the receiver, and the PUSH bit will be set in the last TCP
  2932.         segment created from the buffer.  If the PUSH flag is not set,
  2933.         the data may be combined with data from subsequent SENDs for
  2934.         transmission efficiency.
  2935.  
  2936.         If the URGENT flag is set, segments sent to the destination TCP
  2937.         will have the urgent pointer set.  The receiving TCP will signal
  2938.         the urgent condition to the receiving process if the urgent
  2939.         pointer indicates that data preceding the urgent pointer has not
  2940.         been consumed by the receiving process.  The purpose of urgent
  2941.         is to stimulate the receiver to process the urgent data and to
  2942.         indicate to the receiver when all the currently known urgent
  2943.  
  2944.  
  2945. [Page 46]                                                               
  2946.  
  2947.  
  2948. September 1981                                                          
  2949.                                            Transmission Control Protocol
  2950.                                                 Functional Specification
  2951.  
  2952.  
  2953.  
  2954.         data has been received.  The number of times the sending user's
  2955.         TCP signals urgent will not necessarily be equal to the number
  2956.         of times the receiving user will be notified of the presence of
  2957.         urgent data.
  2958.  
  2959.         If no foreign socket was specified in the OPEN, but the
  2960.         connection is established (e.g., because a LISTENing connection
  2961.         has become specific due to a foreign segment arriving for the
  2962.         local socket), then the designated buffer is sent to the implied
  2963.         foreign socket.  Users who make use of OPEN with an unspecified
  2964.         foreign socket can make use of SEND without ever explicitly
  2965.         knowing the foreign socket address.
  2966.  
  2967.         However, if a SEND is attempted before the foreign socket
  2968.         becomes specified, an error will be returned.  Users can use the
  2969.         STATUS call to determine the status of the connection.  In some
  2970.         implementations the TCP may notify the user when an unspecified
  2971.         socket is bound.
  2972.  
  2973.         If a timeout is specified, the current user timeout for this
  2974.         connection is changed to the new one.
  2975.  
  2976.         In the simplest implementation, SEND would not return control to
  2977.         the sending process until either the transmission was complete
  2978.         or the timeout had been exceeded.  However, this simple method
  2979.         is both subject to deadlocks (for example, both sides of the
  2980.         connection might try to do SENDs before doing any RECEIVEs) and
  2981.         offers poor performance, so it is not recommended.  A more
  2982.         sophisticated implementation would return immediately to allow
  2983.         the process to run concurrently with network I/O, and,
  2984.         furthermore, to allow multiple SENDs to be in progress.
  2985.         Multiple SENDs are served in first come, first served order, so
  2986.         the TCP will queue those it cannot service immediately.
  2987.  
  2988.         We have implicitly assumed an asynchronous user interface in
  2989.         which a SEND later elicits some kind of SIGNAL or
  2990.         pseudo-interrupt from the serving TCP.  An alternative is to
  2991.         return a response immediately.  For instance, SENDs might return
  2992.         immediate local acknowledgment, even if the segment sent had not
  2993.         been acknowledged by the distant TCP.  We could optimistically
  2994.         assume eventual success.  If we are wrong, the connection will
  2995.         close anyway due to the timeout.  In implementations of this
  2996.         kind (synchronous), there will still be some asynchronous
  2997.         signals, but these will deal with the connection itself, and not
  2998.         with specific segments or buffers.
  2999.  
  3000.         In order for the process to distinguish among error or success
  3001.         indications for different SENDs, it might be appropriate for the
  3002.  
  3003.  
  3004.                                                                [Page 47]
  3005.  
  3006.  
  3007.                                                           September 1981
  3008. Transmission Control Protocol
  3009. Functional Specification
  3010.  
  3011.  
  3012.  
  3013.         buffer address to be returned along with the coded response to
  3014.         the SEND request.  TCP-to-user signals are discussed below,
  3015.         indicating the information which should be returned to the
  3016.         calling process.
  3017.  
  3018.       Receive
  3019.  
  3020.         Format:  RECEIVE (local connection name, buffer address, byte
  3021.         count) -> byte count, urgent flag, push flag
  3022.  
  3023.         This command allocates a receiving buffer associated with the
  3024.         specified connection.  If no OPEN precedes this command or the
  3025.         calling process is not authorized to use this connection, an
  3026.         error is returned.
  3027.  
  3028.         In the simplest implementation, control would not return to the
  3029.         calling program until either the buffer was filled, or some
  3030.         error occurred, but this scheme is highly subject to deadlocks.
  3031.         A more sophisticated implementation would permit several
  3032.         RECEIVEs to be outstanding at once.  These would be filled as
  3033.         segments arrive.  This strategy permits increased throughput at
  3034.         the cost of a more elaborate scheme (possibly asynchronous) to
  3035.         notify the calling program that a PUSH has been seen or a buffer
  3036.         filled.
  3037.  
  3038.         If enough data arrive to fill the buffer before a PUSH is seen,
  3039.         the PUSH flag will not be set in the response to the RECEIVE.
  3040.         The buffer will be filled with as much data as it can hold.  If
  3041.         a PUSH is seen before the buffer is filled the buffer will be
  3042.         returned partially filled and PUSH indicated.
  3043.  
  3044.         If there is urgent data the user will have been informed as soon
  3045.         as it arrived via a TCP-to-user signal.  The receiving user
  3046.         should thus be in "urgent mode".  If the URGENT flag is on,
  3047.         additional urgent data remains.  If the URGENT flag is off, this
  3048.         call to RECEIVE has returned all the urgent data, and the user
  3049.         may now leave "urgent mode".  Note that data following the
  3050.         urgent pointer (non-urgent data) cannot be delivered to the user
  3051.         in the same buffer with preceeding urgent data unless the
  3052.         boundary is clearly marked for the user.
  3053.  
  3054.         To distinguish among several outstanding RECEIVEs and to take
  3055.         care of the case that a buffer is not completely filled, the
  3056.         return code is accompanied by both a buffer pointer and a byte
  3057.         count indicating the actual length of the data received.
  3058.  
  3059.         Alternative implementations of RECEIVE might have the TCP
  3060.  
  3061.  
  3062.  
  3063. [Page 48]                                                               
  3064.  
  3065.  
  3066. September 1981                                                          
  3067.                                            Transmission Control Protocol
  3068.                                                 Functional Specification
  3069.  
  3070.  
  3071.  
  3072.         allocate buffer storage, or the TCP might share a ring buffer
  3073.         with the user.
  3074.  
  3075.       Close
  3076.  
  3077.         Format:  CLOSE (local connection name)
  3078.  
  3079.         This command causes the connection specified to be closed.  If
  3080.         the connection is not open or the calling process is not
  3081.         authorized to use this connection, an error is returned.
  3082.         Closing connections is intended to be a graceful operation in
  3083.         the sense that outstanding SENDs will be transmitted (and
  3084.         retransmitted), as flow control permits, until all have been
  3085.         serviced.  Thus, it should be acceptable to make several SEND
  3086.         calls, followed by a CLOSE, and expect all the data to be sent
  3087.         to the destination.  It should also be clear that users should
  3088.         continue to RECEIVE on CLOSING connections, since the other side
  3089.         may be trying to transmit the last of its data.  Thus, CLOSE
  3090.         means "I have no more to send" but does not mean "I will not
  3091.         receive any more."  It may happen (if the user level protocol is
  3092.         not well thought out) that the closing side is unable to get rid
  3093.         of all its data before timing out.  In this event, CLOSE turns
  3094.         into ABORT, and the closing TCP gives up.
  3095.  
  3096.         The user may CLOSE the connection at any time on his own
  3097.         initiative, or in response to various prompts from the TCP
  3098.         (e.g., remote close executed, transmission timeout exceeded,
  3099.         destination inaccessible).
  3100.  
  3101.         Because closing a connection requires communication with the
  3102.         foreign TCP, connections may remain in the closing state for a
  3103.         short time.  Attempts to reopen the connection before the TCP
  3104.         replies to the CLOSE command will result in error responses.
  3105.  
  3106.         Close also implies push function.
  3107.  
  3108.       Status
  3109.  
  3110.         Format:  STATUS (local connection name) -> status data
  3111.  
  3112.         This is an implementation dependent user command and could be
  3113.         excluded without adverse effect.  Information returned would
  3114.         typically come from the TCB associated with the connection.
  3115.  
  3116.         This command returns a data block containing the following
  3117.         information:
  3118.  
  3119.           local socket,
  3120.  
  3121.  
  3122.                                                                [Page 49]
  3123.  
  3124.  
  3125.                                                           September 1981
  3126. Transmission Control Protocol
  3127. Functional Specification
  3128.  
  3129.  
  3130.  
  3131.           foreign socket,
  3132.           local connection name,
  3133.           receive window,
  3134.           send window,
  3135.           connection state,
  3136.           number of buffers awaiting acknowledgment,
  3137.           number of buffers pending receipt,
  3138.           urgent state,
  3139.           precedence,
  3140.           security/compartment,
  3141.           and transmission timeout.
  3142.  
  3143.         Depending on the state of the connection, or on the
  3144.         implementation itself, some of this information may not be
  3145.         available or meaningful.  If the calling process is not
  3146.         authorized to use this connection, an error is returned.  This
  3147.         prevents unauthorized processes from gaining information about a
  3148.         connection.
  3149.  
  3150.       Abort
  3151.  
  3152.         Format:  ABORT (local connection name)
  3153.  
  3154.         This command causes all pending SENDs and RECEIVES to be
  3155.         aborted, the TCB to be removed, and a special RESET message to
  3156.         be sent to the TCP on the other side of the connection.
  3157.         Depending on the implementation, users may receive abort
  3158.         indications for each outstanding SEND or RECEIVE, or may simply
  3159.         receive an ABORT-acknowledgment.
  3160.  
  3161.     TCP-to-User Messages
  3162.  
  3163.       It is assumed that the operating system environment provides a
  3164.       means for the TCP to asynchronously signal the user program.  When
  3165.       the TCP does signal a user program, certain information is passed
  3166.       to the user.  Often in the specification the information will be
  3167.       an error message.  In other cases there will be information
  3168.       relating to the completion of processing a SEND or RECEIVE or
  3169.       other user call.
  3170.  
  3171.       The following information is provided:
  3172.  
  3173.         Local Connection Name                    Always
  3174.         Response String                          Always
  3175.         Buffer Address                           Send & Receive
  3176.         Byte count (counts bytes received)       Receive
  3177.         Push flag                                Receive
  3178.         Urgent flag                              Receive
  3179.  
  3180.  
  3181. [Page 50]                                                               
  3182.  
  3183.  
  3184. September 1981                                                          
  3185.                                            Transmission Control Protocol
  3186.                                                 Functional Specification
  3187.  
  3188.  
  3189.  
  3190.   TCP/Lower-Level Interface
  3191.  
  3192.     The TCP calls on a lower level protocol module to actually send and
  3193.     receive information over a network.  One case is that of the ARPA
  3194.     internetwork system where the lower level module is the Internet
  3195.     Protocol (IP) [2].
  3196.  
  3197.     If the lower level protocol is IP it provides arguments for a type
  3198.     of service and for a time to live.  TCP uses the following settings
  3199.     for these parameters:
  3200.  
  3201.       Type of Service = Precedence: routine, Delay: normal, Throughput:
  3202.       normal, Reliability: normal; or 00000000.
  3203.  
  3204.       Time to Live    = one minute, or 00111100.
  3205.  
  3206.         Note that the assumed maximum segment lifetime is two minutes.
  3207.         Here we explicitly ask that a segment be destroyed if it cannot
  3208.         be delivered by the internet system within one minute.
  3209.  
  3210.     If the lower level is IP (or other protocol that provides this
  3211.     feature) and source routing is used, the interface must allow the
  3212.     route information to be communicated.  This is especially important
  3213.     so that the source and destination addresses used in the TCP
  3214.     checksum be the originating source and ultimate destination. It is
  3215.     also important to preserve the return route to answer connection
  3216.     requests.
  3217.  
  3218.     Any lower level protocol will have to provide the source address,
  3219.     destination address, and protocol fields, and some way to determine
  3220.     the "TCP length", both to provide the functional equivlent service
  3221.     of IP and to be used in the TCP checksum.
  3222.  
  3223.  
  3224.  
  3225.  
  3226.  
  3227.  
  3228.  
  3229.  
  3230.  
  3231.  
  3232.  
  3233.  
  3234.  
  3235.  
  3236.  
  3237.  
  3238.  
  3239.  
  3240.                                                                [Page 51]
  3241.  
  3242.  
  3243.                                                           September 1981
  3244. Transmission Control Protocol
  3245. Functional Specification
  3246.  
  3247.  
  3248.  
  3249. 3.9.  Event Processing
  3250.  
  3251.   The processing depicted in this section is an example of one possible
  3252.   implementation.  Other implementations may have slightly different
  3253.   processing sequences, but they should differ from those in this
  3254.   section only in detail, not in substance.
  3255.  
  3256.   The activity of the TCP can be characterized as responding to events.
  3257.   The events that occur can be cast into three categories:  user calls,
  3258.   arriving segments, and timeouts.  This section describes the
  3259.   processing the TCP does in response to each of the events.  In many
  3260.   cases the processing required depends on the state of the connection.
  3261.  
  3262.     Events that occur:
  3263.  
  3264.       User Calls
  3265.  
  3266.         OPEN
  3267.         SEND
  3268.         RECEIVE
  3269.         CLOSE
  3270.         ABORT
  3271.         STATUS
  3272.  
  3273.       Arriving Segments
  3274.  
  3275.         SEGMENT ARRIVES
  3276.  
  3277.       Timeouts
  3278.  
  3279.         USER TIMEOUT
  3280.         RETRANSMISSION TIMEOUT
  3281.         TIME-WAIT TIMEOUT
  3282.  
  3283.   The model of the TCP/user interface is that user commands receive an
  3284.   immediate return and possibly a delayed response via an event or
  3285.   pseudo interrupt.  In the following descriptions, the term "signal"
  3286.   means cause a delayed response.
  3287.  
  3288.   Error responses are given as character strings.  For example, user
  3289.   commands referencing connections that do not exist receive "error:
  3290.   connection not open".
  3291.  
  3292.   Please note in the following that all arithmetic on sequence numbers,
  3293.   acknowledgment numbers, windows, et cetera, is modulo 2**32 the size
  3294.   of the sequence number space.  Also note that "=<" means less than or
  3295.   equal to (modulo 2**32).
  3296.  
  3297.  
  3298.  
  3299. [Page 52]                                                               
  3300.  
  3301.  
  3302. September 1981                                                          
  3303.                                            Transmission Control Protocol
  3304.                                                 Functional Specification
  3305.  
  3306.  
  3307.  
  3308.   A natural way to think about processing incoming segments is to
  3309.   imagine that they are first tested for proper sequence number (i.e.,
  3310.   that their contents lie in the range of the expected "receive window"
  3311.   in the sequence number space) and then that they are generally queued
  3312.   and processed in sequence number order.
  3313.  
  3314.   When a segment overlaps other already received segments we reconstruct
  3315.   the segment to contain just the new data, and adjust the header fields
  3316.   to be consistent.
  3317.  
  3318.   Note that if no state change is mentioned the TCP stays in the same
  3319.   state.
  3320.  
  3321.  
  3322.  
  3323.  
  3324.  
  3325.  
  3326.  
  3327.  
  3328.  
  3329.  
  3330.  
  3331.  
  3332.  
  3333.  
  3334.  
  3335.  
  3336.  
  3337.  
  3338.  
  3339.  
  3340.  
  3341.  
  3342.  
  3343.  
  3344.  
  3345.  
  3346.  
  3347.  
  3348.  
  3349.  
  3350.  
  3351.  
  3352.  
  3353.  
  3354.  
  3355.  
  3356.  
  3357.  
  3358.                                                                [Page 53]
  3359.  
  3360.  
  3361.                                                           September 1981
  3362. Transmission Control Protocol
  3363. Functional Specification
  3364.                                                                OPEN Call
  3365.  
  3366.  
  3367.  
  3368.   OPEN Call
  3369.  
  3370.     CLOSED STATE (i.e., TCB does not exist)
  3371.  
  3372.       Create a new transmission control block (TCB) to hold connection
  3373.       state information.  Fill in local socket identifier, foreign
  3374.       socket, precedence, security/compartment, and user timeout
  3375.       information.  Note that some parts of the foreign socket may be
  3376.       unspecified in a passive OPEN and are to be filled in by the
  3377.       parameters of the incoming SYN segment.  Verify the security and
  3378.       precedence requested are allowed for this user, if not return
  3379.       "error:  precedence not allowed" or "error:  security/compartment
  3380.       not allowed."  If passive enter the LISTEN state and return.  If
  3381.       active and the foreign socket is unspecified, return "error:
  3382.       foreign socket unspecified"; if active and the foreign socket is
  3383.       specified, issue a SYN segment.  An initial send sequence number
  3384.       (ISS) is selected.  A SYN segment of the form <SEQ=ISS><CTL=SYN>
  3385.       is sent.  Set SND.UNA to ISS, SND.NXT to ISS+1, enter SYN-SENT
  3386.       state, and return.
  3387.  
  3388.       If the caller does not have access to the local socket specified,
  3389.       return "error:  connection illegal for this process".  If there is
  3390.       no room to create a new connection, return "error:  insufficient
  3391.       resources".
  3392.  
  3393.     LISTEN STATE
  3394.  
  3395.       If active and the foreign socket is specified, then change the
  3396.       connection from passive to active, select an ISS.  Send a SYN
  3397.       segment, set SND.UNA to ISS, SND.NXT to ISS+1.  Enter SYN-SENT
  3398.       state.  Data associated with SEND may be sent with SYN segment or
  3399.       queued for transmission after entering ESTABLISHED state.  The
  3400.       urgent bit if requested in the command must be sent with the data
  3401.       segments sent as a result of this command.  If there is no room to
  3402.       queue the request, respond with "error:  insufficient resources".
  3403.       If Foreign socket was not specified, then return "error:  foreign
  3404.       socket unspecified".
  3405.  
  3406.  
  3407.  
  3408.  
  3409.  
  3410.  
  3411.  
  3412.  
  3413.  
  3414.  
  3415.  
  3416.  
  3417. [Page 54]                                                               
  3418.  
  3419.  
  3420. September 1981                                                          
  3421.                                            Transmission Control Protocol
  3422.                                                 Functional Specification
  3423. OPEN Call
  3424.  
  3425.  
  3426.  
  3427.     SYN-SENT STATE
  3428.     SYN-RECEIVED STATE
  3429.     ESTABLISHED STATE
  3430.     FIN-WAIT-1 STATE
  3431.     FIN-WAIT-2 STATE
  3432.     CLOSE-WAIT STATE
  3433.     CLOSING STATE
  3434.     LAST-ACK STATE
  3435.     TIME-WAIT STATE
  3436.  
  3437.       Return "error:  connection already exists".
  3438.  
  3439.  
  3440.  
  3441.  
  3442.  
  3443.  
  3444.  
  3445.  
  3446.  
  3447.  
  3448.  
  3449.  
  3450.  
  3451.  
  3452.  
  3453.  
  3454.  
  3455.  
  3456.  
  3457.  
  3458.  
  3459.  
  3460.  
  3461.  
  3462.  
  3463.  
  3464.  
  3465.  
  3466.  
  3467.  
  3468.  
  3469.  
  3470.  
  3471.  
  3472.  
  3473.  
  3474.  
  3475.  
  3476.                                                                [Page 55]
  3477.  
  3478.  
  3479.                                                           September 1981
  3480. Transmission Control Protocol
  3481. Functional Specification
  3482.                                                                SEND Call
  3483.  
  3484.  
  3485.  
  3486.   SEND Call
  3487.  
  3488.     CLOSED STATE (i.e., TCB does not exist)
  3489.  
  3490.       If the user does not have access to such a connection, then return
  3491.       "error:  connection illegal for this process".
  3492.  
  3493.       Otherwise, return "error:  connection does not exist".
  3494.  
  3495.     LISTEN STATE
  3496.  
  3497.       If the foreign socket is specified, then change the connection
  3498.       from passive to active, select an ISS.  Send a SYN segment, set
  3499.       SND.UNA to ISS, SND.NXT to ISS+1.  Enter SYN-SENT state.  Data
  3500.       associated with SEND may be sent with SYN segment or queued for
  3501.       transmission after entering ESTABLISHED state.  The urgent bit if
  3502.       requested in the command must be sent with the data segments sent
  3503.       as a result of this command.  If there is no room to queue the
  3504.       request, respond with "error:  insufficient resources".  If
  3505.       Foreign socket was not specified, then return "error:  foreign
  3506.       socket unspecified".
  3507.  
  3508.     SYN-SENT STATE
  3509.     SYN-RECEIVED STATE
  3510.  
  3511.       Queue the data for transmission after entering ESTABLISHED state.
  3512.       If no space to queue, respond with "error:  insufficient
  3513.       resources".
  3514.  
  3515.     ESTABLISHED STATE
  3516.     CLOSE-WAIT STATE
  3517.  
  3518.       Segmentize the buffer and send it with a piggybacked
  3519.       acknowledgment (acknowledgment value = RCV.NXT).  If there is
  3520.       insufficient space to remember this buffer, simply return "error:
  3521.       insufficient resources".
  3522.  
  3523.       If the urgent flag is set, then SND.UP <- SND.NXT-1 and set the
  3524.       urgent pointer in the outgoing segments.
  3525.  
  3526.  
  3527.  
  3528.  
  3529.  
  3530.  
  3531.  
  3532.  
  3533.  
  3534.  
  3535. [Page 56]                                                               
  3536.  
  3537.  
  3538. September 1981                                                          
  3539.                                            Transmission Control Protocol
  3540.                                                 Functional Specification
  3541. SEND Call
  3542.  
  3543.  
  3544.  
  3545.     FIN-WAIT-1 STATE
  3546.     FIN-WAIT-2 STATE
  3547.     CLOSING STATE
  3548.     LAST-ACK STATE
  3549.     TIME-WAIT STATE
  3550.  
  3551.       Return "error:  connection closing" and do not service request.
  3552.  
  3553.  
  3554.  
  3555.  
  3556.  
  3557.  
  3558.  
  3559.  
  3560.  
  3561.  
  3562.  
  3563.  
  3564.  
  3565.  
  3566.  
  3567.  
  3568.  
  3569.  
  3570.  
  3571.  
  3572.  
  3573.  
  3574.  
  3575.  
  3576.  
  3577.  
  3578.  
  3579.  
  3580.  
  3581.  
  3582.  
  3583.  
  3584.  
  3585.  
  3586.  
  3587.  
  3588.  
  3589.  
  3590.  
  3591.  
  3592.  
  3593.  
  3594.                                                                [Page 57]
  3595.  
  3596.  
  3597.                                                           September 1981
  3598. Transmission Control Protocol
  3599. Functional Specification
  3600.                                                             RECEIVE Call
  3601.  
  3602.  
  3603.  
  3604.   RECEIVE Call
  3605.  
  3606.     CLOSED STATE (i.e., TCB does not exist)
  3607.  
  3608.       If the user does not have access to such a connection, return
  3609.       "error:  connection illegal for this process".
  3610.  
  3611.       Otherwise return "error:  connection does not exist".
  3612.  
  3613.     LISTEN STATE
  3614.     SYN-SENT STATE
  3615.     SYN-RECEIVED STATE
  3616.  
  3617.       Queue for processing after entering ESTABLISHED state.  If there
  3618.       is no room to queue this request, respond with "error:
  3619.       insufficient resources".
  3620.  
  3621.     ESTABLISHED STATE
  3622.     FIN-WAIT-1 STATE
  3623.     FIN-WAIT-2 STATE
  3624.  
  3625.       If insufficient incoming segments are queued to satisfy the
  3626.       request, queue the request.  If there is no queue space to
  3627.       remember the RECEIVE, respond with "error:  insufficient
  3628.       resources".
  3629.  
  3630.       Reassemble queued incoming segments into receive buffer and return
  3631.       to user.  Mark "push seen" (PUSH) if this is the case.
  3632.  
  3633.       If RCV.UP is in advance of the data currently being passed to the
  3634.       user notify the user of the presence of urgent data.
  3635.  
  3636.       When the TCP takes responsibility for delivering data to the user
  3637.       that fact must be communicated to the sender via an
  3638.       acknowledgment.  The formation of such an acknowledgment is
  3639.       described below in the discussion of processing an incoming
  3640.       segment.
  3641.  
  3642.  
  3643.  
  3644.  
  3645.  
  3646.  
  3647.  
  3648.  
  3649.  
  3650.  
  3651.  
  3652.  
  3653. [Page 58]                                                               
  3654.  
  3655.  
  3656. September 1981                                                          
  3657.                                            Transmission Control Protocol
  3658.                                                 Functional Specification
  3659. RECEIVE Call
  3660.  
  3661.  
  3662.  
  3663.     CLOSE-WAIT STATE
  3664.  
  3665.       Since the remote side has already sent FIN, RECEIVEs must be
  3666.       satisfied by text already on hand, but not yet delivered to the
  3667.       user.  If no text is awaiting delivery, the RECEIVE will get a
  3668.       "error:  connection closing" response.  Otherwise, any remaining
  3669.       text can be used to satisfy the RECEIVE.
  3670.  
  3671.     CLOSING STATE
  3672.     LAST-ACK STATE
  3673.     TIME-WAIT STATE
  3674.  
  3675.       Return "error:  connection closing".
  3676.  
  3677.  
  3678.  
  3679.  
  3680.  
  3681.  
  3682.  
  3683.  
  3684.  
  3685.  
  3686.  
  3687.  
  3688.  
  3689.  
  3690.  
  3691.  
  3692.  
  3693.  
  3694.  
  3695.  
  3696.  
  3697.  
  3698.  
  3699.  
  3700.  
  3701.  
  3702.  
  3703.  
  3704.  
  3705.  
  3706.  
  3707.  
  3708.  
  3709.  
  3710.  
  3711.  
  3712.                                                                [Page 59]
  3713.  
  3714.  
  3715.                                                           September 1981
  3716. Transmission Control Protocol
  3717. Functional Specification
  3718.                                                               CLOSE Call
  3719.  
  3720.  
  3721.  
  3722.   CLOSE Call
  3723.  
  3724.     CLOSED STATE (i.e., TCB does not exist)
  3725.  
  3726.       If the user does not have access to such a connection, return
  3727.       "error:  connection illegal for this process".
  3728.  
  3729.       Otherwise, return "error:  connection does not exist".
  3730.  
  3731.     LISTEN STATE
  3732.  
  3733.       Any outstanding RECEIVEs are returned with "error:  closing"
  3734.       responses.  Delete TCB, enter CLOSED state, and return.
  3735.  
  3736.     SYN-SENT STATE
  3737.  
  3738.       Delete the TCB and return "error:  closing" responses to any
  3739.       queued SENDs, or RECEIVEs.
  3740.  
  3741.     SYN-RECEIVED STATE
  3742.  
  3743.       If no SENDs have been issued and there is no pending data to send,
  3744.       then form a FIN segment and send it, and enter FIN-WAIT-1 state;
  3745.       otherwise queue for processing after entering ESTABLISHED state.
  3746.  
  3747.     ESTABLISHED STATE
  3748.  
  3749.       Queue this until all preceding SENDs have been segmentized, then
  3750.       form a FIN segment and send it.  In any case, enter FIN-WAIT-1
  3751.       state.
  3752.  
  3753.     FIN-WAIT-1 STATE
  3754.     FIN-WAIT-2 STATE
  3755.  
  3756.       Strictly speaking, this is an error and should receive a "error:
  3757.       connection closing" response.  An "ok" response would be
  3758.       acceptable, too, as long as a second FIN is not emitted (the first
  3759.       FIN may be retransmitted though).
  3760.  
  3761.  
  3762.  
  3763.  
  3764.  
  3765.  
  3766.  
  3767.  
  3768.  
  3769.  
  3770.  
  3771. [Page 60]                                                               
  3772.  
  3773.  
  3774. September 1981                                                          
  3775.                                            Transmission Control Protocol
  3776.                                                 Functional Specification
  3777. CLOSE Call
  3778.  
  3779.  
  3780.  
  3781.     CLOSE-WAIT STATE
  3782.  
  3783.       Queue this request until all preceding SENDs have been
  3784.       segmentized; then send a FIN segment, enter CLOSING state.
  3785.  
  3786.     CLOSING STATE
  3787.     LAST-ACK STATE
  3788.     TIME-WAIT STATE
  3789.  
  3790.       Respond with "error:  connection closing".
  3791.  
  3792.  
  3793.  
  3794.  
  3795.  
  3796.  
  3797.  
  3798.  
  3799.  
  3800.  
  3801.  
  3802.  
  3803.  
  3804.  
  3805.  
  3806.  
  3807.  
  3808.  
  3809.  
  3810.  
  3811.  
  3812.  
  3813.  
  3814.  
  3815.  
  3816.  
  3817.  
  3818.  
  3819.  
  3820.  
  3821.  
  3822.  
  3823.  
  3824.  
  3825.  
  3826.  
  3827.  
  3828.  
  3829.  
  3830.                                                                [Page 61]
  3831.  
  3832.  
  3833.                                                           September 1981
  3834. Transmission Control Protocol
  3835. Functional Specification
  3836.                                                               ABORT Call
  3837.  
  3838.  
  3839.  
  3840.   ABORT Call
  3841.  
  3842.     CLOSED STATE (i.e., TCB does not exist)
  3843.  
  3844.       If the user should not have access to such a connection, return
  3845.       "error:  connection illegal for this process".
  3846.  
  3847.       Otherwise return "error:  connection does not exist".
  3848.  
  3849.     LISTEN STATE
  3850.  
  3851.       Any outstanding RECEIVEs should be returned with "error:
  3852.       connection reset" responses.  Delete TCB, enter CLOSED state, and
  3853.       return.
  3854.  
  3855.     SYN-SENT STATE
  3856.  
  3857.       All queued SENDs and RECEIVEs should be given "connection reset"
  3858.       notification, delete the TCB, enter CLOSED state, and return.
  3859.  
  3860.     SYN-RECEIVED STATE
  3861.     ESTABLISHED STATE
  3862.     FIN-WAIT-1 STATE
  3863.     FIN-WAIT-2 STATE
  3864.     CLOSE-WAIT STATE
  3865.  
  3866.       Send a reset segment:
  3867.  
  3868.         <SEQ=SND.NXT><CTL=RST>
  3869.  
  3870.       All queued SENDs and RECEIVEs should be given "connection reset"
  3871.       notification; all segments queued for transmission (except for the
  3872.       RST formed above) or retransmission should be flushed, delete the
  3873.       TCB, enter CLOSED state, and return.
  3874.  
  3875.     CLOSING STATE
  3876.     LAST-ACK STATE
  3877.     TIME-WAIT STATE
  3878.  
  3879.       Respond with "ok" and delete the TCB, enter CLOSED state, and
  3880.       return.
  3881.  
  3882.  
  3883.  
  3884.  
  3885.  
  3886.  
  3887.  
  3888.  
  3889. [Page 62]                                                               
  3890.  
  3891.  
  3892. September 1981                                                          
  3893.                                            Transmission Control Protocol
  3894.                                                 Functional Specification
  3895. STATUS Call
  3896.  
  3897.  
  3898.  
  3899.   STATUS Call
  3900.  
  3901.     CLOSED STATE (i.e., TCB does not exist)
  3902.  
  3903.       If the user should not have access to such a connection, return
  3904.       "error:  connection illegal for this process".
  3905.  
  3906.       Otherwise return "error:  connection does not exist".
  3907.  
  3908.     LISTEN STATE
  3909.  
  3910.       Return "state = LISTEN", and the TCB pointer.
  3911.  
  3912.     SYN-SENT STATE
  3913.  
  3914.       Return "state = SYN-SENT", and the TCB pointer.
  3915.  
  3916.     SYN-RECEIVED STATE
  3917.  
  3918.       Return "state = SYN-RECEIVED", and the TCB pointer.
  3919.  
  3920.     ESTABLISHED STATE
  3921.  
  3922.       Return "state = ESTABLISHED", and the TCB pointer.
  3923.  
  3924.     FIN-WAIT-1 STATE
  3925.  
  3926.       Return "state = FIN-WAIT-1", and the TCB pointer.
  3927.  
  3928.     FIN-WAIT-2 STATE
  3929.  
  3930.       Return "state = FIN-WAIT-2", and the TCB pointer.
  3931.  
  3932.     CLOSE-WAIT STATE
  3933.  
  3934.       Return "state = CLOSE-WAIT", and the TCB pointer.
  3935.  
  3936.     CLOSING STATE
  3937.  
  3938.       Return "state = CLOSING", and the TCB pointer.
  3939.  
  3940.     LAST-ACK STATE
  3941.  
  3942.       Return "state = LAST-ACK", and the TCB pointer.
  3943.  
  3944.  
  3945.  
  3946.  
  3947.  
  3948.                                                                [Page 63]
  3949.  
  3950.  
  3951.                                                           September 1981
  3952. Transmission Control Protocol
  3953. Functional Specification
  3954.                                                              STATUS Call
  3955.  
  3956.  
  3957.  
  3958.     TIME-WAIT STATE
  3959.  
  3960.       Return "state = TIME-WAIT", and the TCB pointer.
  3961.  
  3962.  
  3963.  
  3964.  
  3965.  
  3966.  
  3967.  
  3968.  
  3969.  
  3970.  
  3971.  
  3972.  
  3973.  
  3974.  
  3975.  
  3976.  
  3977.  
  3978.  
  3979.  
  3980.  
  3981.  
  3982.  
  3983.  
  3984.  
  3985.  
  3986.  
  3987.  
  3988.  
  3989.  
  3990.  
  3991.  
  3992.  
  3993.  
  3994.  
  3995.  
  3996.  
  3997.  
  3998.  
  3999.  
  4000.  
  4001.  
  4002.  
  4003.  
  4004.  
  4005.  
  4006.  
  4007. [Page 64]                                                               
  4008.  
  4009.  
  4010. September 1981                                                          
  4011.                                            Transmission Control Protocol
  4012.                                                 Functional Specification
  4013. SEGMENT ARRIVES
  4014.  
  4015.  
  4016.  
  4017.   SEGMENT ARRIVES
  4018.  
  4019.     If the state is CLOSED (i.e., TCB does not exist) then
  4020.  
  4021.       all data in the incoming segment is discarded.  An incoming
  4022.       segment containing a RST is discarded.  An incoming segment not
  4023.       containing a RST causes a RST to be sent in response.  The
  4024.       acknowledgment and sequence field values are selected to make the
  4025.       reset sequence acceptable to the TCP that sent the offending
  4026.       segment.
  4027.  
  4028.       If the ACK bit is off, sequence number zero is used,
  4029.  
  4030.         <SEQ=0><ACK=SEG.SEQ+SEG.LEN><CTL=RST,ACK>
  4031.  
  4032.       If the ACK bit is on,
  4033.  
  4034.         <SEQ=SEG.ACK><CTL=RST>
  4035.  
  4036.       Return.
  4037.  
  4038.     If the state is LISTEN then
  4039.  
  4040.       first check for an RST
  4041.  
  4042.         An incoming RST should be ignored.  Return.
  4043.  
  4044.       second check for an ACK
  4045.  
  4046.         Any acknowledgment is bad if it arrives on a connection still in
  4047.         the LISTEN state.  An acceptable reset segment should be formed
  4048.         for any arriving ACK-bearing segment.  The RST should be
  4049.         formatted as follows:
  4050.  
  4051.           <SEQ=SEG.ACK><CTL=RST>
  4052.  
  4053.         Return.
  4054.  
  4055.       third check for a SYN
  4056.  
  4057.         If the SYN bit is set, check the security.  If the
  4058.         security/compartment on the incoming segment does not exactly
  4059.         match the security/compartment in the TCB then send a reset and
  4060.         return.
  4061.  
  4062.           <SEQ=SEG.ACK><CTL=RST>
  4063.  
  4064.  
  4065.  
  4066.                                                                [Page 65]
  4067.  
  4068.  
  4069.                                                           September 1981
  4070. Transmission Control Protocol
  4071. Functional Specification
  4072.                                                          SEGMENT ARRIVES
  4073.  
  4074.  
  4075.  
  4076.         If the SEG.PRC is greater than the TCB.PRC then if allowed by
  4077.         the user and the system set TCB.PRC<-SEG.PRC, if not allowed
  4078.         send a reset and return.
  4079.  
  4080.           <SEQ=SEG.ACK><CTL=RST>
  4081.  
  4082.         If the SEG.PRC is less than the TCB.PRC then continue.
  4083.  
  4084.         Set RCV.NXT to SEG.SEQ+1, IRS is set to SEG.SEQ and any other
  4085.         control or text should be queued for processing later.  ISS
  4086.         should be selected and a SYN segment sent of the form:
  4087.  
  4088.           <SEQ=ISS><ACK=RCV.NXT><CTL=SYN,ACK>
  4089.  
  4090.         SND.NXT is set to ISS+1 and SND.UNA to ISS.  The connection
  4091.         state should be changed to SYN-RECEIVED.  Note that any other
  4092.         incoming control or data (combined with SYN) will be processed
  4093.         in the SYN-RECEIVED state, but processing of SYN and ACK should
  4094.         not be repeated.  If the listen was not fully specified (i.e.,
  4095.         the foreign socket was not fully specified), then the
  4096.         unspecified fields should be filled in now.
  4097.  
  4098.       fourth other text or control
  4099.  
  4100.         Any other control or text-bearing segment (not containing SYN)
  4101.         must have an ACK and thus would be discarded by the ACK
  4102.         processing.  An incoming RST segment could not be valid, since
  4103.         it could not have been sent in response to anything sent by this
  4104.         incarnation of the connection.  So you are unlikely to get here,
  4105.         but if you do, drop the segment, and return.
  4106.  
  4107.     If the state is SYN-SENT then
  4108.  
  4109.       first check the ACK bit
  4110.  
  4111.         If the ACK bit is set
  4112.  
  4113.           If SEG.ACK =< ISS, or SEG.ACK > SND.NXT, send a reset (unless
  4114.           the RST bit is set, if so drop the segment and return)
  4115.  
  4116.             <SEQ=SEG.ACK><CTL=RST>
  4117.  
  4118.           and discard the segment.  Return.
  4119.  
  4120.           If SND.UNA =< SEG.ACK =< SND.NXT then the ACK is acceptable.
  4121.  
  4122.       second check the RST bit
  4123.  
  4124.  
  4125. [Page 66]                                                               
  4126.  
  4127.  
  4128. September 1981                                                          
  4129.                                            Transmission Control Protocol
  4130.                                                 Functional Specification
  4131. SEGMENT ARRIVES
  4132.  
  4133.  
  4134.  
  4135.         If the RST bit is set
  4136.  
  4137.           If the ACK was acceptable then signal the user "error:
  4138.           connection reset", drop the segment, enter CLOSED state,
  4139.           delete TCB, and return.  Otherwise (no ACK) drop the segment
  4140.           and return.
  4141.  
  4142.       third check the security and precedence
  4143.  
  4144.         If the security/compartment in the segment does not exactly
  4145.         match the security/compartment in the TCB, send a reset
  4146.  
  4147.           If there is an ACK
  4148.  
  4149.             <SEQ=SEG.ACK><CTL=RST>
  4150.  
  4151.           Otherwise
  4152.  
  4153.             <SEQ=0><ACK=SEG.SEQ+SEG.LEN><CTL=RST,ACK>
  4154.  
  4155.         If there is an ACK
  4156.  
  4157.           The precedence in the segment must match the precedence in the
  4158.           TCB, if not, send a reset
  4159.  
  4160.             <SEQ=SEG.ACK><CTL=RST>
  4161.  
  4162.         If there is no ACK
  4163.  
  4164.           If the precedence in the segment is higher than the precedence
  4165.           in the TCB then if allowed by the user and the system raise
  4166.           the precedence in the TCB to that in the segment, if not
  4167.           allowed to raise the prec then send a reset.
  4168.  
  4169.             <SEQ=0><ACK=SEG.SEQ+SEG.LEN><CTL=RST,ACK>
  4170.  
  4171.           If the precedence in the segment is lower than the precedence
  4172.           in the TCB continue.
  4173.  
  4174.         If a reset was sent, discard the segment and return.
  4175.  
  4176.       fourth check the SYN bit
  4177.  
  4178.         This step should be reached only if the ACK is ok, or there is
  4179.         no ACK, and it the segment did not contain a RST.
  4180.  
  4181.         If the SYN bit is on and the security/compartment and precedence
  4182.  
  4183.  
  4184.                                                                [Page 67]
  4185.  
  4186.  
  4187.                                                           September 1981
  4188. Transmission Control Protocol
  4189. Functional Specification
  4190.                                                          SEGMENT ARRIVES
  4191.  
  4192.  
  4193.  
  4194.         are acceptable then, RCV.NXT is set to SEG.SEQ+1, IRS is set to
  4195.         SEG.SEQ.  SND.UNA should be advanced to equal SEG.ACK (if there
  4196.         is an ACK), and any segments on the retransmission queue which
  4197.         are thereby acknowledged should be removed.
  4198.  
  4199.         If SND.UNA > ISS (our SYN has been ACKed), change the connection
  4200.         state to ESTABLISHED, form an ACK segment
  4201.  
  4202.           <SEQ=SND.NXT><ACK=RCV.NXT><CTL=ACK>
  4203.  
  4204.         and send it.  Data or controls which were queued for
  4205.         transmission may be included.  If there are other controls or
  4206.         text in the segment then continue processing at the sixth step
  4207.         below where the URG bit is checked, otherwise return.
  4208.  
  4209.         Otherwise enter SYN-RECEIVED, form a SYN,ACK segment
  4210.  
  4211.           <SEQ=ISS><ACK=RCV.NXT><CTL=SYN,ACK>
  4212.  
  4213.         and send it.  If there are other controls or text in the
  4214.         segment, queue them for processing after the ESTABLISHED state
  4215.         has been reached, return.
  4216.  
  4217.       fifth, if neither of the SYN or RST bits is set then drop the
  4218.       segment and return.
  4219.  
  4220.  
  4221.  
  4222.  
  4223.  
  4224.  
  4225.  
  4226.  
  4227.  
  4228.  
  4229.  
  4230.  
  4231.  
  4232.  
  4233.  
  4234.  
  4235.  
  4236.  
  4237.  
  4238.  
  4239.  
  4240.  
  4241.  
  4242.  
  4243. [Page 68]                                                               
  4244.  
  4245.  
  4246. September 1981                                                          
  4247.                                            Transmission Control Protocol
  4248.                                                 Functional Specification
  4249. SEGMENT ARRIVES
  4250.  
  4251.  
  4252.  
  4253.     Otherwise,
  4254.  
  4255.     first check sequence number
  4256.  
  4257.       SYN-RECEIVED STATE
  4258.       ESTABLISHED STATE
  4259.       FIN-WAIT-1 STATE
  4260.       FIN-WAIT-2 STATE
  4261.       CLOSE-WAIT STATE
  4262.       CLOSING STATE
  4263.       LAST-ACK STATE
  4264.       TIME-WAIT STATE
  4265.  
  4266.         Segments are processed in sequence.  Initial tests on arrival
  4267.         are used to discard old duplicates, but further processing is
  4268.         done in SEG.SEQ order.  If a segment's contents straddle the
  4269.         boundary between old and new, only the new parts should be
  4270.         processed.
  4271.  
  4272.         There are four cases for the acceptability test for an incoming
  4273.         segment:
  4274.  
  4275.         Segment Receive  Test
  4276.         Length  Window
  4277.         ------- -------  -------------------------------------------
  4278.  
  4279.            0       0     SEG.SEQ = RCV.NXT
  4280.  
  4281.            0      >0     RCV.NXT =< SEG.SEQ < RCV.NXT+RCV.WND
  4282.  
  4283.           >0       0     not acceptable
  4284.  
  4285.           >0      >0     RCV.NXT =< SEG.SEQ < RCV.NXT+RCV.WND
  4286.                       or RCV.NXT =< SEG.SEQ+SEG.LEN-1 < RCV.NXT+RCV.WND
  4287.  
  4288.         If the RCV.WND is zero, no segments will be acceptable, but
  4289.         special allowance should be made to accept valid ACKs, URGs and
  4290.         RSTs.
  4291.  
  4292.         If an incoming segment is not acceptable, an acknowledgment
  4293.         should be sent in reply (unless the RST bit is set, if so drop
  4294.         the segment and return):
  4295.  
  4296.           <SEQ=SND.NXT><ACK=RCV.NXT><CTL=ACK>
  4297.  
  4298.         After sending the acknowledgment, drop the unacceptable segment
  4299.         and return.
  4300.  
  4301.  
  4302.                                                                [Page 69]
  4303.  
  4304.  
  4305.                                                           September 1981
  4306. Transmission Control Protocol
  4307. Functional Specification
  4308.                                                          SEGMENT ARRIVES
  4309.  
  4310.  
  4311.  
  4312.         In the following it is assumed that the segment is the idealized
  4313.         segment that begins at RCV.NXT and does not exceed the window.
  4314.         One could tailor actual segments to fit this assumption by
  4315.         trimming off any portions that lie outside the window (including
  4316.         SYN and FIN), and only processing further if the segment then
  4317.         begins at RCV.NXT.  Segments with higher begining sequence
  4318.         numbers may be held for later processing.
  4319.  
  4320.     second check the RST bit,
  4321.  
  4322.       SYN-RECEIVED STATE
  4323.  
  4324.         If the RST bit is set
  4325.  
  4326.           If this connection was initiated with a passive OPEN (i.e.,
  4327.           came from the LISTEN state), then return this connection to
  4328.           LISTEN state and return.  The user need not be informed.  If
  4329.           this connection was initiated with an active OPEN (i.e., came
  4330.           from SYN-SENT state) then the connection was refused, signal
  4331.           the user "connection refused".  In either case, all segments
  4332.           on the retransmission queue should be removed.  And in the
  4333.           active OPEN case, enter the CLOSED state and delete the TCB,
  4334.           and return.
  4335.  
  4336.       ESTABLISHED
  4337.       FIN-WAIT-1
  4338.       FIN-WAIT-2
  4339.       CLOSE-WAIT
  4340.  
  4341.         If the RST bit is set then, any outstanding RECEIVEs and SEND
  4342.         should receive "reset" responses.  All segment queues should be
  4343.         flushed.  Users should also receive an unsolicited general
  4344.         "connection reset" signal.  Enter the CLOSED state, delete the
  4345.         TCB, and return.
  4346.  
  4347.       CLOSING STATE
  4348.       LAST-ACK STATE
  4349.       TIME-WAIT
  4350.  
  4351.         If the RST bit is set then, enter the CLOSED state, delete the
  4352.         TCB, and return.
  4353.  
  4354.  
  4355.  
  4356.  
  4357.  
  4358.  
  4359.  
  4360.  
  4361. [Page 70]                                                               
  4362.  
  4363.  
  4364. September 1981                                                          
  4365.                                            Transmission Control Protocol
  4366.                                                 Functional Specification
  4367. SEGMENT ARRIVES
  4368.  
  4369.  
  4370.  
  4371.     third check security and precedence
  4372.  
  4373.       SYN-RECEIVED
  4374.  
  4375.         If the security/compartment and precedence in the segment do not
  4376.         exactly match the security/compartment and precedence in the TCB
  4377.         then send a reset, and return.
  4378.  
  4379.       ESTABLISHED STATE
  4380.  
  4381.         If the security/compartment and precedence in the segment do not
  4382.         exactly match the security/compartment and precedence in the TCB
  4383.         then send a reset, any outstanding RECEIVEs and SEND should
  4384.         receive "reset" responses.  All segment queues should be
  4385.         flushed.  Users should also receive an unsolicited general
  4386.         "connection reset" signal.  Enter the CLOSED state, delete the
  4387.         TCB, and return.
  4388.  
  4389.       Note this check is placed following the sequence check to prevent
  4390.       a segment from an old connection between these ports with a
  4391.       different security or precedence from causing an abort of the
  4392.       current connection.
  4393.  
  4394.     fourth, check the SYN bit,
  4395.  
  4396.       SYN-RECEIVED
  4397.       ESTABLISHED STATE
  4398.       FIN-WAIT STATE-1
  4399.       FIN-WAIT STATE-2
  4400.       CLOSE-WAIT STATE
  4401.       CLOSING STATE
  4402.       LAST-ACK STATE
  4403.       TIME-WAIT STATE
  4404.  
  4405.         If the SYN is in the window it is an error, send a reset, any
  4406.         outstanding RECEIVEs and SEND should receive "reset" responses,
  4407.         all segment queues should be flushed, the user should also
  4408.         receive an unsolicited general "connection reset" signal, enter
  4409.         the CLOSED state, delete the TCB, and return.
  4410.  
  4411.         If the SYN is not in the window this step would not be reached
  4412.         and an ack would have been sent in the first step (sequence
  4413.         number check).
  4414.  
  4415.  
  4416.  
  4417.  
  4418.  
  4419.  
  4420.                                                                [Page 71]
  4421.  
  4422.  
  4423.                                                           September 1981
  4424. Transmission Control Protocol
  4425. Functional Specification
  4426.                                                          SEGMENT ARRIVES
  4427.  
  4428.  
  4429.  
  4430.     fifth check the ACK field,
  4431.  
  4432.       if the ACK bit is off drop the segment and return
  4433.  
  4434.       if the ACK bit is on
  4435.  
  4436.         SYN-RECEIVED STATE
  4437.  
  4438.           If SND.UNA =< SEG.ACK =< SND.NXT then enter ESTABLISHED state
  4439.           and continue processing.
  4440.  
  4441.             If the segment acknowledgment is not acceptable, form a
  4442.             reset segment,
  4443.  
  4444.               <SEQ=SEG.ACK><CTL=RST>
  4445.  
  4446.             and send it.
  4447.  
  4448.         ESTABLISHED STATE
  4449.  
  4450.           If SND.UNA < SEG.ACK =< SND.NXT then, set SND.UNA <- SEG.ACK.
  4451.           Any segments on the retransmission queue which are thereby
  4452.           entirely acknowledged are removed.  Users should receive
  4453.           positive acknowledgments for buffers which have been SENT and
  4454.           fully acknowledged (i.e., SEND buffer should be returned with
  4455.           "ok" response).  If the ACK is a duplicate
  4456.           (SEG.ACK < SND.UNA), it can be ignored.  If the ACK acks
  4457.           something not yet sent (SEG.ACK > SND.NXT) then send an ACK,
  4458.           drop the segment, and return.
  4459.  
  4460.           If SND.UNA < SEG.ACK =< SND.NXT, the send window should be
  4461.           updated.  If (SND.WL1 < SEG.SEQ or (SND.WL1 = SEG.SEQ and
  4462.           SND.WL2 =< SEG.ACK)), set SND.WND <- SEG.WND, set
  4463.           SND.WL1 <- SEG.SEQ, and set SND.WL2 <- SEG.ACK.
  4464.  
  4465.           Note that SND.WND is an offset from SND.UNA, that SND.WL1
  4466.           records the sequence number of the last segment used to update
  4467.           SND.WND, and that SND.WL2 records the acknowledgment number of
  4468.           the last segment used to update SND.WND.  The check here
  4469.           prevents using old segments to update the window.
  4470.  
  4471.  
  4472.  
  4473.  
  4474.  
  4475.  
  4476.  
  4477.  
  4478.  
  4479. [Page 72]                                                               
  4480.  
  4481.  
  4482. September 1981                                                          
  4483.                                            Transmission Control Protocol
  4484.                                                 Functional Specification
  4485. SEGMENT ARRIVES
  4486.  
  4487.  
  4488.  
  4489.         FIN-WAIT-1 STATE
  4490.  
  4491.           In addition to the processing for the ESTABLISHED state, if
  4492.           our FIN is now acknowledged then enter FIN-WAIT-2 and continue
  4493.           processing in that state.
  4494.  
  4495.         FIN-WAIT-2 STATE
  4496.  
  4497.           In addition to the processing for the ESTABLISHED state, if
  4498.           the retransmission queue is empty, the user's CLOSE can be
  4499.           acknowledged ("ok") but do not delete the TCB.
  4500.  
  4501.         CLOSE-WAIT STATE
  4502.  
  4503.           Do the same processing as for the ESTABLISHED state.
  4504.  
  4505.         CLOSING STATE
  4506.  
  4507.           In addition to the processing for the ESTABLISHED state, if
  4508.           the ACK acknowledges our FIN then enter the TIME-WAIT state,
  4509.           otherwise ignore the segment.
  4510.  
  4511.         LAST-ACK STATE
  4512.  
  4513.           The only thing that can arrive in this state is an
  4514.           acknowledgment of our FIN.  If our FIN is now acknowledged,
  4515.           delete the TCB, enter the CLOSED state, and return.
  4516.  
  4517.         TIME-WAIT STATE
  4518.  
  4519.           The only thing that can arrive in this state is a
  4520.           retransmission of the remote FIN.  Acknowledge it, and restart
  4521.           the 2 MSL timeout.
  4522.  
  4523.     sixth, check the URG bit,
  4524.  
  4525.       ESTABLISHED STATE
  4526.       FIN-WAIT-1 STATE
  4527.       FIN-WAIT-2 STATE
  4528.  
  4529.         If the URG bit is set, RCV.UP <- max(RCV.UP,SEG.UP), and signal
  4530.         the user that the remote side has urgent data if the urgent
  4531.         pointer (RCV.UP) is in advance of the data consumed.  If the
  4532.         user has already been signaled (or is still in the "urgent
  4533.         mode") for this continuous sequence of urgent data, do not
  4534.         signal the user again.
  4535.  
  4536.  
  4537.  
  4538.                                                                [Page 73]
  4539.  
  4540.  
  4541.                                                           September 1981
  4542. Transmission Control Protocol
  4543. Functional Specification
  4544.                                                          SEGMENT ARRIVES
  4545.  
  4546.  
  4547.  
  4548.       CLOSE-WAIT STATE
  4549.       CLOSING STATE
  4550.       LAST-ACK STATE
  4551.       TIME-WAIT
  4552.  
  4553.         This should not occur, since a FIN has been received from the
  4554.         remote side.  Ignore the URG.
  4555.  
  4556.     seventh, process the segment text,
  4557.  
  4558.       ESTABLISHED STATE
  4559.       FIN-WAIT-1 STATE
  4560.       FIN-WAIT-2 STATE
  4561.  
  4562.         Once in the ESTABLISHED state, it is possible to deliver segment
  4563.         text to user RECEIVE buffers.  Text from segments can be moved
  4564.         into buffers until either the buffer is full or the segment is
  4565.         empty.  If the segment empties and carries an PUSH flag, then
  4566.         the user is informed, when the buffer is returned, that a PUSH
  4567.         has been received.
  4568.  
  4569.         When the TCP takes responsibility for delivering the data to the
  4570.         user it must also acknowledge the receipt of the data.
  4571.  
  4572.         Once the TCP takes responsibility for the data it advances
  4573.         RCV.NXT over the data accepted, and adjusts RCV.WND as
  4574.         apporopriate to the current buffer availability.  The total of
  4575.         RCV.NXT and RCV.WND should not be reduced.
  4576.  
  4577.         Please note the window management suggestions in section 3.7.
  4578.  
  4579.         Send an acknowledgment of the form:
  4580.  
  4581.           <SEQ=SND.NXT><ACK=RCV.NXT><CTL=ACK>
  4582.  
  4583.         This acknowledgment should be piggybacked on a segment being
  4584.         transmitted if possible without incurring undue delay.
  4585.  
  4586.  
  4587.  
  4588.  
  4589.  
  4590.  
  4591.  
  4592.  
  4593.  
  4594.  
  4595.  
  4596.  
  4597. [Page 74]                                                               
  4598.  
  4599.  
  4600. September 1981                                                          
  4601.                                            Transmission Control Protocol
  4602.                                                 Functional Specification
  4603. SEGMENT ARRIVES
  4604.  
  4605.  
  4606.  
  4607.       CLOSE-WAIT STATE
  4608.       CLOSING STATE
  4609.       LAST-ACK STATE
  4610.       TIME-WAIT STATE
  4611.  
  4612.         This should not occur, since a FIN has been received from the
  4613.         remote side.  Ignore the segment text.
  4614.  
  4615.     eighth, check the FIN bit,
  4616.  
  4617.       Do not process the FIN if the state is CLOSED, LISTEN or SYN-SENT
  4618.       since the SEG.SEQ cannot be validated; drop the segment and
  4619.       return.
  4620.  
  4621.       If the FIN bit is set, signal the user "connection closing" and
  4622.       return any pending RECEIVEs with same message, advance RCV.NXT
  4623.       over the FIN, and send an acknowledgment for the FIN.  Note that
  4624.       FIN implies PUSH for any segment text not yet delivered to the
  4625.       user.
  4626.  
  4627.         SYN-RECEIVED STATE
  4628.         ESTABLISHED STATE
  4629.  
  4630.           Enter the CLOSE-WAIT state.
  4631.  
  4632.         FIN-WAIT-1 STATE
  4633.  
  4634.           If our FIN has been ACKed (perhaps in this segment), then
  4635.           enter TIME-WAIT, start the time-wait timer, turn off the other
  4636.           timers; otherwise enter the CLOSING state.
  4637.  
  4638.         FIN-WAIT-2 STATE
  4639.  
  4640.           Enter the TIME-WAIT state.  Start the time-wait timer, turn
  4641.           off the other timers.
  4642.  
  4643.         CLOSE-WAIT STATE
  4644.  
  4645.           Remain in the CLOSE-WAIT state.
  4646.  
  4647.         CLOSING STATE
  4648.  
  4649.           Remain in the CLOSING state.
  4650.  
  4651.         LAST-ACK STATE
  4652.  
  4653.           Remain in the LAST-ACK state.
  4654.  
  4655.  
  4656.                                                                [Page 75]
  4657.  
  4658.  
  4659.                                                           September 1981
  4660. Transmission Control Protocol
  4661. Functional Specification
  4662.                                                          SEGMENT ARRIVES
  4663.  
  4664.  
  4665.  
  4666.         TIME-WAIT STATE
  4667.  
  4668.           Remain in the TIME-WAIT state.  Restart the 2 MSL time-wait
  4669.           timeout.
  4670.  
  4671.     and return.
  4672.  
  4673.  
  4674.  
  4675.  
  4676.  
  4677.  
  4678.  
  4679.  
  4680.  
  4681.  
  4682.  
  4683.  
  4684.  
  4685.  
  4686.  
  4687.  
  4688.  
  4689.  
  4690.  
  4691.  
  4692.  
  4693.  
  4694.  
  4695.  
  4696.  
  4697.  
  4698.  
  4699.  
  4700.  
  4701.  
  4702.  
  4703.  
  4704.  
  4705.  
  4706.  
  4707.  
  4708.  
  4709.  
  4710.  
  4711.  
  4712.  
  4713.  
  4714.  
  4715. [Page 76]                                                               
  4716.  
  4717.  
  4718. September 1981                                                          
  4719.                                            Transmission Control Protocol
  4720.                                                 Functional Specification
  4721. USER TIMEOUT
  4722.  
  4723.  
  4724.  
  4725.   USER TIMEOUT
  4726.  
  4727.     For any state if the user timeout expires, flush all queues, signal
  4728.     the user "error:  connection aborted due to user timeout" in general
  4729.     and for any outstanding calls, delete the TCB, enter the CLOSED
  4730.     state and return.
  4731.  
  4732.   RETRANSMISSION TIMEOUT
  4733.  
  4734.     For any state if the retransmission timeout expires on a segment in
  4735.     the retransmission queue, send the segment at the front of the
  4736.     retransmission queue again, reinitialize the retransmission timer,
  4737.     and return.
  4738.  
  4739.   TIME-WAIT TIMEOUT
  4740.  
  4741.     If the time-wait timeout expires on a connection delete the TCB,
  4742.     enter the CLOSED state and return.
  4743.  
  4744.    
  4745.  
  4746.  
  4747.  
  4748.  
  4749.  
  4750.  
  4751.  
  4752.  
  4753.  
  4754.  
  4755.  
  4756.  
  4757.  
  4758.  
  4759.  
  4760.  
  4761.  
  4762.  
  4763.  
  4764.  
  4765.  
  4766.  
  4767.  
  4768.  
  4769.  
  4770.  
  4771.  
  4772.  
  4773.  
  4774.                                                                [Page 77]
  4775.  
  4776.  
  4777.                                                           September 1981
  4778. Transmission Control Protocol
  4779.  
  4780.  
  4781.  
  4782.  
  4783.  
  4784.  
  4785.  
  4786.  
  4787.  
  4788.  
  4789.  
  4790.  
  4791.  
  4792.  
  4793.  
  4794.  
  4795.  
  4796.  
  4797.  
  4798.  
  4799.  
  4800.  
  4801.  
  4802.  
  4803.  
  4804.  
  4805.  
  4806.  
  4807.  
  4808.  
  4809.  
  4810.  
  4811.  
  4812.  
  4813.  
  4814.  
  4815.  
  4816.  
  4817.  
  4818.  
  4819.  
  4820.  
  4821.  
  4822.  
  4823.  
  4824.  
  4825.  
  4826.  
  4827.  
  4828.  
  4829.  
  4830.  
  4831.  
  4832.  
  4833. [Page 78]                                                               
  4834.  
  4835.  
  4836. September 1981                                                          
  4837.                                            Transmission Control Protocol
  4838.  
  4839.  
  4840.  
  4841.                                 GLOSSARY
  4842.  
  4843.  
  4844.  
  4845. 1822
  4846.           BBN Report 1822, "The Specification of the Interconnection of
  4847.           a Host and an IMP".  The specification of interface between a
  4848.           host and the ARPANET.
  4849.  
  4850. ACK
  4851.           A control bit (acknowledge) occupying no sequence space, which
  4852.           indicates that the acknowledgment field of this segment
  4853.           specifies the next sequence number the sender of this segment
  4854.           is expecting to receive, hence acknowledging receipt of all
  4855.           previous sequence numbers.
  4856.  
  4857. ARPANET message
  4858.           The unit of transmission between a host and an IMP in the
  4859.           ARPANET.  The maximum size is about 1012 octets (8096 bits).
  4860.  
  4861. ARPANET packet
  4862.           A unit of transmission used internally in the ARPANET between
  4863.           IMPs.  The maximum size is about 126 octets (1008 bits).
  4864.  
  4865. connection
  4866.           A logical communication path identified by a pair of sockets.
  4867.  
  4868. datagram
  4869.           A message sent in a packet switched computer communications
  4870.           network.
  4871.  
  4872. Destination Address
  4873.           The destination address, usually the network and host
  4874.           identifiers.
  4875.  
  4876. FIN
  4877.           A control bit (finis) occupying one sequence number, which
  4878.           indicates that the sender will send no more data or control
  4879.           occupying sequence space.
  4880.  
  4881. fragment
  4882.           A portion of a logical unit of data, in particular an internet
  4883.           fragment is a portion of an internet datagram.
  4884.  
  4885. FTP
  4886.           A file transfer protocol.
  4887.  
  4888.  
  4889.  
  4890.  
  4891.  
  4892.                                                                [Page 79]
  4893.  
  4894.  
  4895.                                                           September 1981
  4896. Transmission Control Protocol
  4897. Glossary
  4898.  
  4899.  
  4900.  
  4901. header
  4902.           Control information at the beginning of a message, segment,
  4903.           fragment, packet or block of data.
  4904.  
  4905. host
  4906.           A computer.  In particular a source or destination of messages
  4907.           from the point of view of the communication network.
  4908.  
  4909. Identification
  4910.           An Internet Protocol field.  This identifying value assigned
  4911.           by the sender aids in assembling the fragments of a datagram.
  4912.  
  4913. IMP
  4914.           The Interface Message Processor, the packet switch of the
  4915.           ARPANET.
  4916.  
  4917. internet address
  4918.           A source or destination address specific to the host level.
  4919.  
  4920. internet datagram
  4921.           The unit of data exchanged between an internet module and the
  4922.           higher level protocol together with the internet header.
  4923.  
  4924. internet fragment
  4925.           A portion of the data of an internet datagram with an internet
  4926.           header.
  4927.  
  4928. IP
  4929.           Internet Protocol.
  4930.  
  4931. IRS
  4932.           The Initial Receive Sequence number.  The first sequence
  4933.           number used by the sender on a connection.
  4934.  
  4935. ISN
  4936.           The Initial Sequence Number.  The first sequence number used
  4937.           on a connection, (either ISS or IRS).  Selected on a clock
  4938.           based procedure.
  4939.  
  4940. ISS
  4941.           The Initial Send Sequence number.  The first sequence number
  4942.           used by the sender on a connection.
  4943.  
  4944. leader
  4945.           Control information at the beginning of a message or block of
  4946.           data.  In particular, in the ARPANET, the control information
  4947.           on an ARPANET message at the host-IMP interface.
  4948.  
  4949.  
  4950.  
  4951. [Page 80]                                                               
  4952.  
  4953.  
  4954. September 1981                                                          
  4955.                                            Transmission Control Protocol
  4956.                                                                 Glossary
  4957.  
  4958.  
  4959.  
  4960. left sequence
  4961.           This is the next sequence number to be acknowledged by the
  4962.           data receiving TCP (or the lowest currently unacknowledged
  4963.           sequence number) and is sometimes referred to as the left edge
  4964.           of the send window.
  4965.  
  4966. local packet
  4967.           The unit of transmission within a local network.
  4968.  
  4969. module
  4970.           An implementation, usually in software, of a protocol or other
  4971.           procedure.
  4972.  
  4973. MSL
  4974.           Maximum Segment Lifetime, the time a TCP segment can exist in
  4975.           the internetwork system.  Arbitrarily defined to be 2 minutes.
  4976.  
  4977. octet
  4978.           An eight bit byte.
  4979.  
  4980. Options
  4981.           An Option field may contain several options, and each option
  4982.           may be several octets in length.  The options are used
  4983.           primarily in testing situations; for example, to carry
  4984.           timestamps.  Both the Internet Protocol and TCP provide for
  4985.           options fields.
  4986.  
  4987. packet
  4988.           A package of data with a header which may or may not be
  4989.           logically complete.  More often a physical packaging than a
  4990.           logical packaging of data.
  4991.  
  4992. port
  4993.           The portion of a socket that specifies which logical input or
  4994.           output channel of a process is associated with the data.
  4995.  
  4996. process
  4997.           A program in execution.  A source or destination of data from
  4998.           the point of view of the TCP or other host-to-host protocol.
  4999.  
  5000. PUSH
  5001.           A control bit occupying no sequence space, indicating that
  5002.           this segment contains data that must be pushed through to the
  5003.           receiving user.
  5004.  
  5005. RCV.NXT
  5006.           receive next sequence number
  5007.  
  5008.  
  5009.  
  5010.                                                                [Page 81]
  5011.  
  5012.  
  5013.                                                           September 1981
  5014. Transmission Control Protocol
  5015. Glossary
  5016.  
  5017.  
  5018.  
  5019. RCV.UP
  5020.           receive urgent pointer
  5021.  
  5022. RCV.WND
  5023.           receive window
  5024.  
  5025. receive next sequence number
  5026.           This is the next sequence number the local TCP is expecting to
  5027.           receive.
  5028.  
  5029. receive window
  5030.           This represents the sequence numbers the local (receiving) TCP
  5031.           is willing to receive.  Thus, the local TCP considers that
  5032.           segments overlapping the range RCV.NXT to
  5033.           RCV.NXT + RCV.WND - 1 carry acceptable data or control.
  5034.           Segments containing sequence numbers entirely outside of this
  5035.           range are considered duplicates and discarded.
  5036.  
  5037. RST
  5038.           A control bit (reset), occupying no sequence space, indicating
  5039.           that the receiver should delete the connection without further
  5040.           interaction.  The receiver can determine, based on the
  5041.           sequence number and acknowledgment fields of the incoming
  5042.           segment, whether it should honor the reset command or ignore
  5043.           it.  In no case does receipt of a segment containing RST give
  5044.           rise to a RST in response.
  5045.  
  5046. RTP
  5047.           Real Time Protocol:  A host-to-host protocol for communication
  5048.           of time critical information.
  5049.  
  5050. SEG.ACK
  5051.           segment acknowledgment
  5052.  
  5053. SEG.LEN
  5054.           segment length
  5055.  
  5056. SEG.PRC
  5057.           segment precedence value
  5058.  
  5059. SEG.SEQ
  5060.           segment sequence
  5061.  
  5062. SEG.UP
  5063.           segment urgent pointer field
  5064.  
  5065.  
  5066.  
  5067.  
  5068.  
  5069. [Page 82]                                                               
  5070.  
  5071.  
  5072. September 1981                                                          
  5073.                                            Transmission Control Protocol
  5074.                                                                 Glossary
  5075.  
  5076.  
  5077.  
  5078. SEG.WND
  5079.           segment window field
  5080.  
  5081. segment
  5082.           A logical unit of data, in particular a TCP segment is the
  5083.           unit of data transfered between a pair of TCP modules.
  5084.  
  5085. segment acknowledgment
  5086.           The sequence number in the acknowledgment field of the
  5087.           arriving segment.
  5088.  
  5089. segment length
  5090.           The amount of sequence number space occupied by a segment,
  5091.           including any controls which occupy sequence space.
  5092.  
  5093. segment sequence
  5094.           The number in the sequence field of the arriving segment.
  5095.  
  5096. send sequence
  5097.           This is the next sequence number the local (sending) TCP will
  5098.           use on the connection.  It is initially selected from an
  5099.           initial sequence number curve (ISN) and is incremented for
  5100.           each octet of data or sequenced control transmitted.
  5101.  
  5102. send window
  5103.           This represents the sequence numbers which the remote
  5104.           (receiving) TCP is willing to receive.  It is the value of the
  5105.           window field specified in segments from the remote (data
  5106.           receiving) TCP.  The range of new sequence numbers which may
  5107.           be emitted by a TCP lies between SND.NXT and
  5108.           SND.UNA + SND.WND - 1. (Retransmissions of sequence numbers
  5109.           between SND.UNA and SND.NXT are expected, of course.)
  5110.  
  5111. SND.NXT
  5112.           send sequence
  5113.  
  5114. SND.UNA
  5115.           left sequence
  5116.  
  5117. SND.UP
  5118.           send urgent pointer
  5119.  
  5120. SND.WL1
  5121.           segment sequence number at last window update
  5122.  
  5123. SND.WL2
  5124.           segment acknowledgment number at last window update
  5125.  
  5126.  
  5127.  
  5128.                                                                [Page 83]
  5129.  
  5130.  
  5131.                                                           September 1981
  5132. Transmission Control Protocol
  5133. Glossary
  5134.  
  5135.  
  5136.  
  5137. SND.WND
  5138.           send window
  5139.  
  5140. socket
  5141.           An address which specifically includes a port identifier, that
  5142.           is, the concatenation of an Internet Address with a TCP port.
  5143.  
  5144. Source Address
  5145.           The source address, usually the network and host identifiers.
  5146.  
  5147. SYN
  5148.           A control bit in the incoming segment, occupying one sequence
  5149.           number, used at the initiation of a connection, to indicate
  5150.           where the sequence numbering will start.
  5151.  
  5152. TCB
  5153.           Transmission control block, the data structure that records
  5154.           the state of a connection.
  5155.  
  5156. TCB.PRC
  5157.           The precedence of the connection.
  5158.  
  5159. TCP
  5160.           Transmission Control Protocol:  A host-to-host protocol for
  5161.           reliable communication in internetwork environments.
  5162.  
  5163. TOS
  5164.           Type of Service, an Internet Protocol field.
  5165.  
  5166. Type of Service
  5167.           An Internet Protocol field which indicates the type of service
  5168.           for this internet fragment.
  5169.  
  5170. URG
  5171.           A control bit (urgent), occupying no sequence space, used to
  5172.           indicate that the receiving user should be notified to do
  5173.           urgent processing as long as there is data to be consumed with
  5174.           sequence numbers less than the value indicated in the urgent
  5175.           pointer.
  5176.  
  5177. urgent pointer
  5178.           A control field meaningful only when the URG bit is on.  This
  5179.           field communicates the value of the urgent pointer which
  5180.           indicates the data octet associated with the sending user's
  5181.           urgent call.
  5182.  
  5183.           
  5184.  
  5185.  
  5186.  
  5187. [Page 84]                                                               
  5188.  
  5189.  
  5190. September 1981                                                          
  5191.                                            Transmission Control Protocol
  5192.  
  5193.  
  5194.  
  5195.                                REFERENCES
  5196.  
  5197.  
  5198.  
  5199. [1]  Cerf, V., and R. Kahn, "A Protocol for Packet Network
  5200.      Intercommunication", IEEE Transactions on Communications,
  5201.      Vol. COM-22, No. 5, pp 637-648, May 1974.
  5202.  
  5203. [2]  Postel, J. (ed.), "Internet Protocol - DARPA Internet Program
  5204.      Protocol Specification", RFC 791, USC/Information Sciences
  5205.      Institute, September 1981.
  5206.  
  5207. [3]  Dalal, Y. and C. Sunshine, "Connection Management in Transport
  5208.      Protocols", Computer Networks, Vol. 2, No. 6, pp. 454-473,
  5209.      December 1978.
  5210.  
  5211. [4]  Postel, J., "Assigned Numbers", RFC 790, USC/Information Sciences
  5212.      Institute, September 1981.
  5213.  
  5214.  
  5215.  
  5216.  
  5217.  
  5218.  
  5219.  
  5220.  
  5221.  
  5222.  
  5223.  
  5224.  
  5225.  
  5226.  
  5227.  
  5228.  
  5229.  
  5230.  
  5231.  
  5232.  
  5233.  
  5234.  
  5235.  
  5236.  
  5237.  
  5238.  
  5239.  
  5240.  
  5241.  
  5242.  
  5243.  
  5244.  
  5245.  
  5246.                                                                [Page 85]
  5247.  
  5248.