Allow IPv6 address entry in tools>ping - Loosens valid character check
[tomato/davidwu.git] / release / src / router / pptp-client / Reference / rfc793.txt
blob603a78c8af0666213e3f4924ca7a92278367f6dc
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
34                               prepared for
35                                     
36                Defense Advanced Research Projects Agency
37                 Information Processing Techniques Office
38                          1400 Wilson Boulevard
39                        Arlington, Virginia  22209
47                                    by
49                      Information Sciences Institute
50                    University of Southern California
51                            4676 Admiralty Way
52                    Marina del Rey, California  90291
56 September 1981                                                          
57                                            Transmission Control Protocol
61                            TABLE OF CONTENTS
63     PREFACE ........................................................ iii
65 1.  INTRODUCTION ..................................................... 1
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
73 2.  PHILOSOPHY ....................................................... 7
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
86 3.  FUNCTIONAL SPECIFICATION ........................................ 15
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
98 GLOSSARY ............................................................ 79
100 REFERENCES .......................................................... 85
112                                                                 [Page i]
115                                                           September 1981
116 Transmission Control Protocol
171 [Page ii]                                                               
174 September 1981                                                          
175                                            Transmission Control Protocol
179                                 PREFACE
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.
191                                                            Jon Postel
193                                                            Editor
230                                                               [Page iii]
235 RFC:  793
236 Replaces: RFC 761
237 IENs:  129, 124, 112, 81,
238 55, 44, 40, 27, 21, 5
240                      TRANSMISSION CONTROL PROTOCOL
242                          DARPA INTERNET PROGRAM
243                          PROTOCOL SPECIFICATION
247                             1.  INTRODUCTION
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.
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.
257 1.1.  Motivation
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.
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.
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.
290                                                                 [Page 1]
293                                                           September 1981
294 Transmission Control Protocol
295 Introduction
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.
312                            Protocol Layering
314                         +---------------------+
315                         |     higher-level    |
316                         +---------------------+
317                         |        TCP          |
318                         +---------------------+
319                         |  internet protocol  |
320                         +---------------------+
321                         |communication network|
322                         +---------------------+
324                                 Figure 1
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.
335 1.2.  Scope
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.
342 1.3.  About this Document
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
349 [Page 2]                                                                
352 September 1981                                                          
353                                            Transmission Control Protocol
354                                                             Introduction
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.
365 1.4.  Interfaces
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.
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.
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].
390 1.5.  Operation
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:
397     Basic Data Transfer
398     Reliability
399     Flow Control
400     Multiplexing
401     Connections
402     Precedence and Security
404   The basic operation of the TCP in each of these areas is described in
405   the following paragraphs.
408                                                                 [Page 3]
411                                                           September 1981
412 Transmission Control Protocol
413 Introduction
417   Basic Data Transfer:
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.
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.
434   Reliability:
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.
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.
452   Flow Control:
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.
467 [Page 4]                                                                
470 September 1981                                                          
471                                            Transmission Control Protocol
472                                                             Introduction
476   Multiplexing:
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.
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.
493   Connections:
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.
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.
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.
512   Precedence and Security:
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.
518     
526                                                                 [Page 5]
529                                                           September 1981
530 Transmission Control Protocol
585 [Page 6]                                                                
588 September 1981                                                          
589                                            Transmission Control Protocol
593                              2.  PHILOSOPHY
595 2.1.  Elements of the Internetwork System
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.
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.
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.
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.
624 2.2.  Model of Operation
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.
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.
641   The packet switches may perform further packaging, fragmentation, or
644                                                                 [Page 7]
647                                                           September 1981
648 Transmission Control Protocol
649 Philosophy
653   other operations to achieve the delivery of the local packet to the
654   destination internet module.
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.
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.
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.
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.
683 2.3.  The Host Environment
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.
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.
703 [Page 8]                                                                
706 September 1981                                                          
707                                            Transmission Control Protocol
708                                                               Philosophy
712 2.4.  Interfaces
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.
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.
725 2.5.  Relation to Other Protocols
727   The following diagram illustrates the place of the TCP in the protocol
728   hierarchy:
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               +---------------------------+                      
747                          Protocol Relationships
749                                Figure 2.
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.
755 2.6.  Reliable Communication
757   A stream of data sent on a TCP connection is delivered reliably and in
758   order at the destination.
762                                                                 [Page 9]
765                                                           September 1981
766 Transmission Control Protocol
767 Philosophy
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.
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.
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.
793 2.7.  Connection Establishment and Clearing
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.
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".
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.)
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
821 [Page 10]                                                               
824 September 1981                                                          
825                                            Transmission Control Protocol
826                                                               Philosophy
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.
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.
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.
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].)
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.
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.
880                                                                [Page 11]
883                                                           September 1981
884 Transmission Control Protocol
885 Philosophy
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.
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].
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.
904   The clearing of a connection also involves the exchange of segments,
905   in this case carrying the FIN control flag.
907 2.8.  Data Communication
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.
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.
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.
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.
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.
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
939 [Page 12]                                                               
942 September 1981                                                          
943                                            Transmission Control Protocol
944                                                               Philosophy
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.
953 2.9.  Precedence and Security
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.
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.
970 2.10.  Robustness Principle
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.
976   
998                                                                [Page 13]
1001                                                           September 1981
1002 Transmission Control Protocol
1057 [Page 14]                                                               
1060 September 1981                                                          
1061                                            Transmission Control Protocol
1065                       3.  FUNCTIONAL SPECIFICATION
1067 3.1.  Header Format
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.
1076   TCP Header Format
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    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
1099                             TCP Header Format
1101           Note that one tick mark represents one bit position.
1103                                Figure 3.
1105   Source Port:  16 bits
1107     The source port number.
1109   Destination Port:  16 bits
1111     The destination port number.
1116                                                                [Page 15]
1119                                                           September 1981
1120 Transmission Control Protocol
1121 Functional Specification
1125   Sequence Number:  32 bits
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.
1131   Acknowledgment Number:  32 bits
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.
1137   Data Offset:  4 bits
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.
1143   Reserved:  6 bits
1145     Reserved for future use.  Must be zero.
1147   Control Bits:  6 bits (from left to right):
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
1156   Window:  16 bits
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.
1162   Checksum:  16 bits
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.
1172     The checksum also covers a 96 bit pseudo header conceptually
1175 [Page 16]                                                               
1178 September 1981                                                          
1179                                            Transmission Control Protocol
1180                                                 Functional Specification
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.
1191                      +--------+--------+--------+--------+
1192                      |           Source Address          |
1193                      +--------+--------+--------+--------+
1194                      |         Destination Address       |
1195                      +--------+--------+--------+--------+
1196                      |  zero  |  PTCL  |    TCP Length   |
1197                      +--------+--------+--------+--------+
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.
1204   Urgent Pointer:  16 bits
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.
1212   Options:  variable
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:
1219       Case 1:  A single octet of option-kind.
1221       Case 2:  An octet of option-kind, an octet of option-length, and
1222                the actual option-data octets.
1224     The option-length counts the two octets of option-kind and
1225     option-length as well as the option-data octets.
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).
1231     A TCP must implement all options.
1234                                                                [Page 17]
1237                                                           September 1981
1238 Transmission Control Protocol
1239 Functional Specification
1243     Currently defined options include (kind indicated in octal):
1245       Kind     Length    Meaning
1246       ----     ------    -------
1247        0         -       End of option list.
1248        1         -       No-Operation.
1249        2         4       Maximum Segment Size.
1250       
1252     Specific Option Definitions
1254       End of Option List
1256         +--------+
1257         |00000000|
1258         +--------+
1259          Kind=0
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.
1268       No-Operation
1270         +--------+
1271         |00000001|
1272         +--------+
1273          Kind=1
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.
1281       Maximum Segment Size
1283         +--------+--------+---------+--------+
1284         |00000010|00000100|   max seg size   |
1285         +--------+--------+---------+--------+
1286          Kind=2   Length=4
1293 [Page 18]                                                               
1296 September 1981                                                          
1297                                            Transmission Control Protocol
1298                                                 Functional Specification
1302         Maximum Segment Size Option Data:  16 bits
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.
1310   Padding:  variable
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.
1316 3.2.  Terminology
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.
1329     Send Sequence Variables
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
1340     Receive Sequence Variables
1342       RCV.NXT - receive next
1343       RCV.WND - receive window
1344       RCV.UP  - receive urgent pointer
1345       IRS     - initial receive sequence number
1352                                                                [Page 19]
1355                                                           September 1981
1356 Transmission Control Protocol
1357 Functional Specification
1361   The following diagrams may help to relate some of these variables to
1362   the sequence space.
1364   Send Sequence Space
1366                    1         2          3          4      
1367               ----------|----------|----------|---------- 
1368                      SND.UNA    SND.NXT    SND.UNA        
1369                                           +SND.WND        
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  
1376                           Send Sequence Space
1378                                Figure 4.
1379     
1380     
1382   The send window is the portion of the sequence space labeled 3 in
1383   figure 4.
1385   Receive Sequence Space
1387                        1          2          3      
1388                    ----------|----------|---------- 
1389                           RCV.NXT    RCV.NXT        
1390                                     +RCV.WND        
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  
1396                          Receive Sequence Space
1398                                Figure 5.
1399     
1400     
1402   The receive window is the portion of the sequence space labeled 2 in
1403   figure 5.
1405   There are also some variables used frequently in the discussion that
1406   take their values from the fields of the current segment.
1411 [Page 20]                                                               
1414 September 1981                                                          
1415                                            Transmission Control Protocol
1416                                                 Functional Specification
1420     Current Segment Variables
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
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:
1436     LISTEN - represents waiting for a connection request from any remote
1437     TCP and port.
1439     SYN-SENT - represents waiting for a matching connection request
1440     after having sent a connection request.
1442     SYN-RECEIVED - represents waiting for a confirming connection
1443     request acknowledgment after having both received and sent a
1444     connection request.
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.
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.
1454     FIN-WAIT-2 - represents waiting for a connection termination request
1455     from the remote TCP.
1457     CLOSE-WAIT - represents waiting for a connection termination request
1458     from the local user.
1460     CLOSING - represents waiting for a connection termination request
1461     acknowledgment from the remote TCP.
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).
1470                                                                [Page 21]
1473                                                           September 1981
1474 Transmission Control Protocol
1475 Functional Specification
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.
1483     CLOSED - represents no connection state at all.
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.
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.
1496   NOTE BENE:  this diagram is only a summary and must not be taken as
1497   the total specification.
1529 [Page 22]                                                               
1532 September 1981                                                          
1533                                            Transmission Control Protocol
1534                                                 Functional Specification
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                               +---------+                   +---------+
1584                       TCP Connection State Diagram
1585                                Figure 6.
1588                                                                [Page 23]
1591                                                           September 1981
1592 Transmission Control Protocol
1593 Functional Specification
1597 3.3.  Sequence Numbers
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.
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).
1620   The typical kinds of sequence number comparisons which the TCP must
1621   perform include:
1623     (a)  Determining that an acknowledgment refers to some sequence
1624          number sent but not yet acknowledged.
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).
1630     (c)  Determining that an incoming segment contains sequence numbers
1631          which are expected (i.e., that the segment "overlaps" the
1632          receive window).
1647 [Page 24]                                                               
1650 September 1981                                                          
1651                                            Transmission Control Protocol
1652                                                 Functional Specification
1656   In response to sending data the TCP will receive acknowledgments.  The
1657   following comparisons are needed to process the acknowledgments.
1659     SND.UNA = oldest unacknowledged sequence number
1661     SND.NXT = next sequence number to be sent
1663     SEG.ACK = acknowledgment from the receiving TCP (next sequence
1664               number expected by the receiving TCP)
1666     SEG.SEQ = first sequence number of a segment
1668     SEG.LEN = the number of octets occupied by the data in the segment
1669               (counting SYN and FIN)
1671     SEG.SEQ+SEG.LEN-1 = last sequence number of a segment
1673   A new acknowledgment (called an "acceptable ack"), is one for which
1674   the inequality below holds:
1676     SND.UNA < SEG.ACK =< SND.NXT
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.
1682   When data is received the following comparisons are needed:
1684     RCV.NXT = next sequence number expected on an incoming segments, and
1685         is the left or lower edge of the receive window
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
1690     SEG.SEQ = first sequence number occupied by the incoming segment
1692     SEG.SEQ+SEG.LEN-1 = last sequence number occupied by the incoming
1693         segment
1695   A segment is judged to occupy a portion of valid receive sequence
1696   space if
1698     RCV.NXT =< SEG.SEQ < RCV.NXT+RCV.WND
1700   or
1702     RCV.NXT =< SEG.SEQ+SEG.LEN-1 < RCV.NXT+RCV.WND
1706                                                                [Page 25]
1709                                                           September 1981
1710 Transmission Control Protocol
1711 Functional Specification
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.
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:
1724     Segment Receive  Test
1725     Length  Window
1726     ------- -------  -------------------------------------------
1728        0       0     SEG.SEQ = RCV.NXT
1730        0      >0     RCV.NXT =< SEG.SEQ < RCV.NXT+RCV.WND
1732       >0       0     not acceptable
1734       >0      >0     RCV.NXT =< SEG.SEQ < RCV.NXT+RCV.WND
1735                   or RCV.NXT =< SEG.SEQ+SEG.LEN-1 < RCV.NXT+RCV.WND
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.
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.
1765 [Page 26]                                                               
1768 September 1981                                                          
1769                                            Transmission Control Protocol
1770                                                 Functional Specification
1774   Initial Sequence Number Selection
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.
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.
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.
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.
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.
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
1824                                                                [Page 27]
1827                                                           September 1981
1828 Transmission Control Protocol
1829 Functional Specification
1833   Because steps 2 and 3 can be combined in a single message this is
1834   called the three way (or three message) handshake.
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].
1845   Knowing When to Keep Quiet
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.
1859   The TCP Quiet Time Concept
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.
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
1883 [Page 28]                                                               
1886 September 1981                                                          
1887                                            Transmission Control Protocol
1888                                                 Functional Specification
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.
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.
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.
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).
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
1942                                                                [Page 29]
1945                                                           September 1981
1946 Transmission Control Protocol
1947 Functional Specification
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.
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.
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.
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.
1979 3.4.  Establishing a connection
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.
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
2001 [Page 30]                                                               
2004 September 1981                                                          
2005                                            Transmission Control Protocol
2006                                                 Functional Specification
2010   implementation of a trade-off between memory and messages to provide
2011   information for this checking.
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.
2027   
2029       TCP A                                                TCP B
2031   1.  CLOSED                                               LISTEN
2033   2.  SYN-SENT    --> <SEQ=100><CTL=SYN>               --> SYN-RECEIVED
2035   3.  ESTABLISHED <-- <SEQ=300><ACK=101><CTL=SYN,ACK>  <-- SYN-RECEIVED
2037   4.  ESTABLISHED --> <SEQ=101><ACK=301><CTL=ACK>       --> ESTABLISHED
2039   5.  ESTABLISHED --> <SEQ=101><ACK=301><CTL=ACK><DATA> --> ESTABLISHED
2041           Basic 3-Way Handshake for Connection Synchronization
2043                                 Figure 7.
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.
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!).
2060                                                                [Page 31]
2063                                                           September 1981
2064 Transmission Control Protocol
2065 Functional Specification
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.
2073   
2075       TCP A                                            TCP B
2077   1.  CLOSED                                           CLOSED
2079   2.  SYN-SENT     --> <SEQ=100><CTL=SYN>              ...
2081   3.  SYN-RECEIVED <-- <SEQ=300><CTL=SYN>              <-- SYN-SENT
2083   4.               ... <SEQ=100><CTL=SYN>              --> SYN-RECEIVED
2085   5.  SYN-RECEIVED --> <SEQ=100><ACK=301><CTL=SYN,ACK> ...
2087   6.  ESTABLISHED  <-- <SEQ=300><ACK=101><CTL=SYN,ACK> <-- SYN-RECEIVED
2089   7.               ... <SEQ=101><ACK=301><CTL=ACK>     --> ESTABLISHED
2091                 Simultaneous Connection Synchronization
2093                                Figure 8.
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.
2119 [Page 32]                                                               
2122 September 1981                                                          
2123                                            Transmission Control Protocol
2124                                                 Functional Specification
2128   
2130       TCP A                                                TCP B
2132   1.  CLOSED                                               LISTEN
2134   2.  SYN-SENT    --> <SEQ=100><CTL=SYN>               ...
2136   3.  (duplicate) ... <SEQ=90><CTL=SYN>               --> SYN-RECEIVED
2138   4.  SYN-SENT    <-- <SEQ=300><ACK=91><CTL=SYN,ACK>  <-- SYN-RECEIVED
2140   5.  SYN-SENT    --> <SEQ=91><CTL=RST>               --> LISTEN
2141   
2143   6.              ... <SEQ=100><CTL=SYN>               --> SYN-RECEIVED
2145   7.  SYN-SENT    <-- <SEQ=400><ACK=101><CTL=SYN,ACK>  <-- SYN-RECEIVED
2147   8.  ESTABLISHED --> <SEQ=101><ACK=401><CTL=ACK>      --> ESTABLISHED
2149                     Recovery from Old Duplicate SYN
2151                                Figure 9.
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.
2164   Half-Open Connections and Other Anomalies
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.
2175   If at site A the connection no longer exists, then an attempt by the
2178                                                                [Page 33]
2181                                                           September 1981
2182 Transmission Control Protocol
2183 Functional Specification
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.
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.
2206   
2208       TCP A                                           TCP B
2210   1.  (CRASH)                               (send 300,receive 100)
2212   2.  CLOSED                                           ESTABLISHED
2214   3.  SYN-SENT --> <SEQ=400><CTL=SYN>              --> (??)
2216   4.  (!!)     <-- <SEQ=300><ACK=100><CTL=ACK>     <-- ESTABLISHED
2218   5.  SYN-SENT --> <SEQ=100><CTL=RST>              --> (Abort!!)
2220   6.  SYN-SENT                                         CLOSED
2222   7.  SYN-SENT --> <SEQ=400><CTL=SYN>              -->
2224                      Half-Open Connection Discovery
2226                                Figure 10.
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
2237 [Page 34]                                                               
2240 September 1981                                                          
2241                                            Transmission Control Protocol
2242                                                 Functional Specification
2246   continue to try to establish the connection; the problem is now
2247   reduced to the basic 3-way handshake of figure 7.
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.
2256   
2258         TCP A                                              TCP B
2260   1.  (CRASH)                                   (send 300,receive 100)
2262   2.  (??)    <-- <SEQ=300><ACK=100><DATA=10><CTL=ACK> <-- ESTABLISHED
2264   3.          --> <SEQ=100><CTL=RST>                   --> (ABORT!!)
2266            Active Side Causes Half-Open Connection Discovery
2268                                Figure 11.
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.
2276   
2278       TCP A                                         TCP B
2280   1.  LISTEN                                        LISTEN
2282   2.       ... <SEQ=Z><CTL=SYN>                -->  SYN-RECEIVED
2284   3.  (??) <-- <SEQ=X><ACK=Z+1><CTL=SYN,ACK>   <--  SYN-RECEIVED
2286   4.       --> <SEQ=Z+1><CTL=RST>              -->  (return to LISTEN!)
2288   5.  LISTEN                                        LISTEN
2290        Old Duplicate SYN Initiates a Reset on two Passive Sockets
2292                                Figure 12.
2296                                                                [Page 35]
2299                                                           September 1981
2300 Transmission Control Protocol
2301 Functional Specification
2305   A variety of other cases are possible, all of which are accounted for
2306   by the following rules for RST generation and processing.
2308   Reset Generation
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.
2314   There are three groups of states:
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.
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.
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.
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.
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.
2355 [Page 36]                                                               
2358 September 1981                                                          
2359                                            Transmission Control Protocol
2360                                                 Functional Specification
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.
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.
2378   Reset Processing
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.
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.
2394 3.5.  Closing a Connection
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.
2414                                                                [Page 37]
2417                                                           September 1981
2418 Transmission Control Protocol
2419 Functional Specification
2423   There are essentially three cases:
2425     1) The user initiates by telling the TCP to CLOSE the connection
2427     2) The remote TCP initiates by sending a FIN control signal
2429     3) Both users CLOSE simultaneously
2431   Case 1:  Local user initiates the close
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.
2442   Case 2:  TCP receives a FIN from the network
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.
2452   Case 3:  both users close simultaneously
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.
2473 [Page 38]                                                               
2476 September 1981                                                          
2477                                            Transmission Control Protocol
2478                                                 Functional Specification
2482   
2484       TCP A                                                TCP B
2486   1.  ESTABLISHED                                          ESTABLISHED
2488   2.  (Close)
2489       FIN-WAIT-1  --> <SEQ=100><ACK=300><CTL=FIN,ACK>  --> CLOSE-WAIT
2491   3.  FIN-WAIT-2  <-- <SEQ=300><ACK=101><CTL=ACK>      <-- CLOSE-WAIT
2493   4.                                                       (Close)
2494       TIME-WAIT   <-- <SEQ=300><ACK=101><CTL=FIN,ACK>  <-- LAST-ACK
2496   5.  TIME-WAIT   --> <SEQ=101><ACK=301><CTL=ACK>      --> CLOSED
2498   6.  (2 MSL)
2499       CLOSED                                                      
2501                          Normal Close Sequence
2503                                Figure 13.
2505   
2507       TCP A                                                TCP B
2509   1.  ESTABLISHED                                          ESTABLISHED
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>  -->
2516   3.  CLOSING     --> <SEQ=101><ACK=301><CTL=ACK>      ... CLOSING
2517                   <-- <SEQ=301><ACK=101><CTL=ACK>      <--
2518                   ... <SEQ=101><ACK=301><CTL=ACK>      -->
2520   4.  TIME-WAIT                                            TIME-WAIT
2521       (2 MSL)                                              (2 MSL)
2522       CLOSED                                               CLOSED
2524                       Simultaneous Close Sequence
2526                                Figure 14.
2532                                                                [Page 39]
2535                                                           September 1981
2536 Transmission Control Protocol
2537 Functional Specification
2541 3.6.  Precedence and Security
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.
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.
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.
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.
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.
2568 3.7.  Data Communication
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.
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.
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
2591 [Page 40]                                                               
2594 September 1981                                                          
2595                                            Transmission Control Protocol
2596                                                 Functional Specification
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.
2606   The CLOSE user call implies a push function, as does the FIN control
2607   flag in an incoming segment.
2609   Retransmission Timeout
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.
2617     An Example Retransmission Timeout Procedure
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:
2625         SRTT = ( ALPHA * SRTT ) + ((1-ALPHA) * RTT)
2627       and based on this, compute the retransmission timeout (RTO) as:
2629         RTO = min[UBOUND,max[LBOUND,(BETA*SRTT)]]
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).
2636   The Communication of Urgent Information
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.
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
2650                                                                [Page 41]
2653                                                           September 1981
2654 Transmission Control Protocol
2655 Functional Specification
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.
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.
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.
2672   Managing the Window
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.
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.
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.
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.
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).
2706   The sending TCP packages the data to be transmitted into segments
2709 [Page 42]                                                               
2712 September 1981                                                          
2713                                            Transmission Control Protocol
2714                                                 Functional Specification
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.
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).
2732   The window management procedure has significant influence on the
2733   communication performance.  The following comments are suggestions to
2734   implementers.
2736     Window Management Suggestions
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.
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).
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.
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.
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
2768                                                                [Page 43]
2771                                                           September 1981
2772 Transmission Control Protocol
2773 Functional Specification
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.
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.
2786 3.8.  Interfaces
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.
2796   User/TCP Interface
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.
2807     TCP User Commands
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).
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.
2827 [Page 44]                                                               
2830 September 1981                                                          
2831                                            Transmission Control Protocol
2832                                                 Functional Specification
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:
2840         (a) general information about a connection (e.g., interrupts,
2841         remote close, binding of unspecified foreign socket).
2843         (b) replies to specific user commands indicating success or
2844         various types of failure.
2846       Open
2848         Format:  OPEN (local port, foreign socket, active/passive
2849         [, timeout] [, precedence] [, security/compartment] [, options])
2850         -> local connection name
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.
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.
2870         A transmission control block (TCB) is created and partially
2871         filled in with data from the OPEN command parameters.
2873         On an active OPEN command, the TCP will begin the procedure to
2874         synchronize (i.e., establish) the connection at once.
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.
2882         The TCP or some component of the operating system will verify
2883         the users authority to open a connection with the specified
2886                                                                [Page 45]
2889                                                           September 1981
2890 Transmission Control Protocol
2891 Functional Specification
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.
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.
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.
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.
2918       Send
2920         Format:  SEND (local connection name, buffer address, byte
2921         count, PUSH flag, URGENT flag [,timeout])
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.
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.
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
2945 [Page 46]                                                               
2948 September 1981                                                          
2949                                            Transmission Control Protocol
2950                                                 Functional Specification
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.
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.
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.
2973         If a timeout is specified, the current user timeout for this
2974         connection is changed to the new one.
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.
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.
3000         In order for the process to distinguish among error or success
3001         indications for different SENDs, it might be appropriate for the
3004                                                                [Page 47]
3007                                                           September 1981
3008 Transmission Control Protocol
3009 Functional Specification
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.
3018       Receive
3020         Format:  RECEIVE (local connection name, buffer address, byte
3021         count) -> byte count, urgent flag, push flag
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.
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.
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.
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.
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.
3059         Alternative implementations of RECEIVE might have the TCP
3063 [Page 48]                                                               
3066 September 1981                                                          
3067                                            Transmission Control Protocol
3068                                                 Functional Specification
3072         allocate buffer storage, or the TCP might share a ring buffer
3073         with the user.
3075       Close
3077         Format:  CLOSE (local connection name)
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.
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).
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.
3106         Close also implies push function.
3108       Status
3110         Format:  STATUS (local connection name) -> status data
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.
3116         This command returns a data block containing the following
3117         information:
3119           local socket,
3122                                                                [Page 49]
3125                                                           September 1981
3126 Transmission Control Protocol
3127 Functional Specification
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.
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.
3150       Abort
3152         Format:  ABORT (local connection name)
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.
3161     TCP-to-User Messages
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.
3171       The following information is provided:
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
3181 [Page 50]                                                               
3184 September 1981                                                          
3185                                            Transmission Control Protocol
3186                                                 Functional Specification
3190   TCP/Lower-Level Interface
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].
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:
3201       Type of Service = Precedence: routine, Delay: normal, Throughput:
3202       normal, Reliability: normal; or 00000000.
3204       Time to Live    = one minute, or 00111100.
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.
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.
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.
3240                                                                [Page 51]
3243                                                           September 1981
3244 Transmission Control Protocol
3245 Functional Specification
3249 3.9.  Event Processing
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.
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.
3262     Events that occur:
3264       User Calls
3266         OPEN
3267         SEND
3268         RECEIVE
3269         CLOSE
3270         ABORT
3271         STATUS
3273       Arriving Segments
3275         SEGMENT ARRIVES
3277       Timeouts
3279         USER TIMEOUT
3280         RETRANSMISSION TIMEOUT
3281         TIME-WAIT TIMEOUT
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.
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".
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).
3299 [Page 52]                                                               
3302 September 1981                                                          
3303                                            Transmission Control Protocol
3304                                                 Functional Specification
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.
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.
3318   Note that if no state change is mentioned the TCP stays in the same
3319   state.
3358                                                                [Page 53]
3361                                                           September 1981
3362 Transmission Control Protocol
3363 Functional Specification
3364                                                                OPEN Call
3368   OPEN Call
3370     CLOSED STATE (i.e., TCB does not exist)
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.
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".
3393     LISTEN STATE
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".
3417 [Page 54]                                                               
3420 September 1981                                                          
3421                                            Transmission Control Protocol
3422                                                 Functional Specification
3423 OPEN Call
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
3437       Return "error:  connection already exists".
3476                                                                [Page 55]
3479                                                           September 1981
3480 Transmission Control Protocol
3481 Functional Specification
3482                                                                SEND Call
3486   SEND Call
3488     CLOSED STATE (i.e., TCB does not exist)
3490       If the user does not have access to such a connection, then return
3491       "error:  connection illegal for this process".
3493       Otherwise, return "error:  connection does not exist".
3495     LISTEN STATE
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".
3508     SYN-SENT STATE
3509     SYN-RECEIVED STATE
3511       Queue the data for transmission after entering ESTABLISHED state.
3512       If no space to queue, respond with "error:  insufficient
3513       resources".
3515     ESTABLISHED STATE
3516     CLOSE-WAIT STATE
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".
3523       If the urgent flag is set, then SND.UP <- SND.NXT-1 and set the
3524       urgent pointer in the outgoing segments.
3535 [Page 56]                                                               
3538 September 1981                                                          
3539                                            Transmission Control Protocol
3540                                                 Functional Specification
3541 SEND Call
3545     FIN-WAIT-1 STATE
3546     FIN-WAIT-2 STATE
3547     CLOSING STATE
3548     LAST-ACK STATE
3549     TIME-WAIT STATE
3551       Return "error:  connection closing" and do not service request.
3594                                                                [Page 57]
3597                                                           September 1981
3598 Transmission Control Protocol
3599 Functional Specification
3600                                                             RECEIVE Call
3604   RECEIVE Call
3606     CLOSED STATE (i.e., TCB does not exist)
3608       If the user does not have access to such a connection, return
3609       "error:  connection illegal for this process".
3611       Otherwise return "error:  connection does not exist".
3613     LISTEN STATE
3614     SYN-SENT STATE
3615     SYN-RECEIVED STATE
3617       Queue for processing after entering ESTABLISHED state.  If there
3618       is no room to queue this request, respond with "error:
3619       insufficient resources".
3621     ESTABLISHED STATE
3622     FIN-WAIT-1 STATE
3623     FIN-WAIT-2 STATE
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".
3630       Reassemble queued incoming segments into receive buffer and return
3631       to user.  Mark "push seen" (PUSH) if this is the case.
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.
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.
3653 [Page 58]                                                               
3656 September 1981                                                          
3657                                            Transmission Control Protocol
3658                                                 Functional Specification
3659 RECEIVE Call
3663     CLOSE-WAIT STATE
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.
3671     CLOSING STATE
3672     LAST-ACK STATE
3673     TIME-WAIT STATE
3675       Return "error:  connection closing".
3712                                                                [Page 59]
3715                                                           September 1981
3716 Transmission Control Protocol
3717 Functional Specification
3718                                                               CLOSE Call
3722   CLOSE Call
3724     CLOSED STATE (i.e., TCB does not exist)
3726       If the user does not have access to such a connection, return
3727       "error:  connection illegal for this process".
3729       Otherwise, return "error:  connection does not exist".
3731     LISTEN STATE
3733       Any outstanding RECEIVEs are returned with "error:  closing"
3734       responses.  Delete TCB, enter CLOSED state, and return.
3736     SYN-SENT STATE
3738       Delete the TCB and return "error:  closing" responses to any
3739       queued SENDs, or RECEIVEs.
3741     SYN-RECEIVED STATE
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.
3747     ESTABLISHED STATE
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.
3753     FIN-WAIT-1 STATE
3754     FIN-WAIT-2 STATE
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).
3771 [Page 60]                                                               
3774 September 1981                                                          
3775                                            Transmission Control Protocol
3776                                                 Functional Specification
3777 CLOSE Call
3781     CLOSE-WAIT STATE
3783       Queue this request until all preceding SENDs have been
3784       segmentized; then send a FIN segment, enter CLOSING state.
3786     CLOSING STATE
3787     LAST-ACK STATE
3788     TIME-WAIT STATE
3790       Respond with "error:  connection closing".
3830                                                                [Page 61]
3833                                                           September 1981
3834 Transmission Control Protocol
3835 Functional Specification
3836                                                               ABORT Call
3840   ABORT Call
3842     CLOSED STATE (i.e., TCB does not exist)
3844       If the user should not have access to such a connection, return
3845       "error:  connection illegal for this process".
3847       Otherwise return "error:  connection does not exist".
3849     LISTEN STATE
3851       Any outstanding RECEIVEs should be returned with "error:
3852       connection reset" responses.  Delete TCB, enter CLOSED state, and
3853       return.
3855     SYN-SENT STATE
3857       All queued SENDs and RECEIVEs should be given "connection reset"
3858       notification, delete the TCB, enter CLOSED state, and return.
3860     SYN-RECEIVED STATE
3861     ESTABLISHED STATE
3862     FIN-WAIT-1 STATE
3863     FIN-WAIT-2 STATE
3864     CLOSE-WAIT STATE
3866       Send a reset segment:
3868         <SEQ=SND.NXT><CTL=RST>
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.
3875     CLOSING STATE
3876     LAST-ACK STATE
3877     TIME-WAIT STATE
3879       Respond with "ok" and delete the TCB, enter CLOSED state, and
3880       return.
3889 [Page 62]                                                               
3892 September 1981                                                          
3893                                            Transmission Control Protocol
3894                                                 Functional Specification
3895 STATUS Call
3899   STATUS Call
3901     CLOSED STATE (i.e., TCB does not exist)
3903       If the user should not have access to such a connection, return
3904       "error:  connection illegal for this process".
3906       Otherwise return "error:  connection does not exist".
3908     LISTEN STATE
3910       Return "state = LISTEN", and the TCB pointer.
3912     SYN-SENT STATE
3914       Return "state = SYN-SENT", and the TCB pointer.
3916     SYN-RECEIVED STATE
3918       Return "state = SYN-RECEIVED", and the TCB pointer.
3920     ESTABLISHED STATE
3922       Return "state = ESTABLISHED", and the TCB pointer.
3924     FIN-WAIT-1 STATE
3926       Return "state = FIN-WAIT-1", and the TCB pointer.
3928     FIN-WAIT-2 STATE
3930       Return "state = FIN-WAIT-2", and the TCB pointer.
3932     CLOSE-WAIT STATE
3934       Return "state = CLOSE-WAIT", and the TCB pointer.
3936     CLOSING STATE
3938       Return "state = CLOSING", and the TCB pointer.
3940     LAST-ACK STATE
3942       Return "state = LAST-ACK", and the TCB pointer.
3948                                                                [Page 63]
3951                                                           September 1981
3952 Transmission Control Protocol
3953 Functional Specification
3954                                                              STATUS Call
3958     TIME-WAIT STATE
3960       Return "state = TIME-WAIT", and the TCB pointer.
4007 [Page 64]                                                               
4010 September 1981                                                          
4011                                            Transmission Control Protocol
4012                                                 Functional Specification
4013 SEGMENT ARRIVES
4017   SEGMENT ARRIVES
4019     If the state is CLOSED (i.e., TCB does not exist) then
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.
4028       If the ACK bit is off, sequence number zero is used,
4030         <SEQ=0><ACK=SEG.SEQ+SEG.LEN><CTL=RST,ACK>
4032       If the ACK bit is on,
4034         <SEQ=SEG.ACK><CTL=RST>
4036       Return.
4038     If the state is LISTEN then
4040       first check for an RST
4042         An incoming RST should be ignored.  Return.
4044       second check for an ACK
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:
4051           <SEQ=SEG.ACK><CTL=RST>
4053         Return.
4055       third check for a SYN
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.
4062           <SEQ=SEG.ACK><CTL=RST>
4066                                                                [Page 65]
4069                                                           September 1981
4070 Transmission Control Protocol
4071 Functional Specification
4072                                                          SEGMENT ARRIVES
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.
4080           <SEQ=SEG.ACK><CTL=RST>
4082         If the SEG.PRC is less than the TCB.PRC then continue.
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:
4088           <SEQ=ISS><ACK=RCV.NXT><CTL=SYN,ACK>
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.
4098       fourth other text or control
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.
4107     If the state is SYN-SENT then
4109       first check the ACK bit
4111         If the ACK bit is set
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)
4116             <SEQ=SEG.ACK><CTL=RST>
4118           and discard the segment.  Return.
4120           If SND.UNA =< SEG.ACK =< SND.NXT then the ACK is acceptable.
4122       second check the RST bit
4125 [Page 66]                                                               
4128 September 1981                                                          
4129                                            Transmission Control Protocol
4130                                                 Functional Specification
4131 SEGMENT ARRIVES
4135         If the RST bit is set
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.
4142       third check the security and precedence
4144         If the security/compartment in the segment does not exactly
4145         match the security/compartment in the TCB, send a reset
4147           If there is an ACK
4149             <SEQ=SEG.ACK><CTL=RST>
4151           Otherwise
4153             <SEQ=0><ACK=SEG.SEQ+SEG.LEN><CTL=RST,ACK>
4155         If there is an ACK
4157           The precedence in the segment must match the precedence in the
4158           TCB, if not, send a reset
4160             <SEQ=SEG.ACK><CTL=RST>
4162         If there is no ACK
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.
4169             <SEQ=0><ACK=SEG.SEQ+SEG.LEN><CTL=RST,ACK>
4171           If the precedence in the segment is lower than the precedence
4172           in the TCB continue.
4174         If a reset was sent, discard the segment and return.
4176       fourth check the SYN bit
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.
4181         If the SYN bit is on and the security/compartment and precedence
4184                                                                [Page 67]
4187                                                           September 1981
4188 Transmission Control Protocol
4189 Functional Specification
4190                                                          SEGMENT ARRIVES
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.
4199         If SND.UNA > ISS (our SYN has been ACKed), change the connection
4200         state to ESTABLISHED, form an ACK segment
4202           <SEQ=SND.NXT><ACK=RCV.NXT><CTL=ACK>
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.
4209         Otherwise enter SYN-RECEIVED, form a SYN,ACK segment
4211           <SEQ=ISS><ACK=RCV.NXT><CTL=SYN,ACK>
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.
4217       fifth, if neither of the SYN or RST bits is set then drop the
4218       segment and return.
4243 [Page 68]                                                               
4246 September 1981                                                          
4247                                            Transmission Control Protocol
4248                                                 Functional Specification
4249 SEGMENT ARRIVES
4253     Otherwise,
4255     first check sequence number
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
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.
4272         There are four cases for the acceptability test for an incoming
4273         segment:
4275         Segment Receive  Test
4276         Length  Window
4277         ------- -------  -------------------------------------------
4279            0       0     SEG.SEQ = RCV.NXT
4281            0      >0     RCV.NXT =< SEG.SEQ < RCV.NXT+RCV.WND
4283           >0       0     not acceptable
4285           >0      >0     RCV.NXT =< SEG.SEQ < RCV.NXT+RCV.WND
4286                       or RCV.NXT =< SEG.SEQ+SEG.LEN-1 < RCV.NXT+RCV.WND
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.
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):
4296           <SEQ=SND.NXT><ACK=RCV.NXT><CTL=ACK>
4298         After sending the acknowledgment, drop the unacceptable segment
4299         and return.
4302                                                                [Page 69]
4305                                                           September 1981
4306 Transmission Control Protocol
4307 Functional Specification
4308                                                          SEGMENT ARRIVES
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.
4320     second check the RST bit,
4322       SYN-RECEIVED STATE
4324         If the RST bit is set
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.
4336       ESTABLISHED
4337       FIN-WAIT-1
4338       FIN-WAIT-2
4339       CLOSE-WAIT
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.
4347       CLOSING STATE
4348       LAST-ACK STATE
4349       TIME-WAIT
4351         If the RST bit is set then, enter the CLOSED state, delete the
4352         TCB, and return.
4361 [Page 70]                                                               
4364 September 1981                                                          
4365                                            Transmission Control Protocol
4366                                                 Functional Specification
4367 SEGMENT ARRIVES
4371     third check security and precedence
4373       SYN-RECEIVED
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.
4379       ESTABLISHED STATE
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.
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.
4394     fourth, check the SYN bit,
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
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.
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).
4420                                                                [Page 71]
4423                                                           September 1981
4424 Transmission Control Protocol
4425 Functional Specification
4426                                                          SEGMENT ARRIVES
4430     fifth check the ACK field,
4432       if the ACK bit is off drop the segment and return
4434       if the ACK bit is on
4436         SYN-RECEIVED STATE
4438           If SND.UNA =< SEG.ACK =< SND.NXT then enter ESTABLISHED state
4439           and continue processing.
4441             If the segment acknowledgment is not acceptable, form a
4442             reset segment,
4444               <SEQ=SEG.ACK><CTL=RST>
4446             and send it.
4448         ESTABLISHED STATE
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.
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.
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.
4479 [Page 72]                                                               
4482 September 1981                                                          
4483                                            Transmission Control Protocol
4484                                                 Functional Specification
4485 SEGMENT ARRIVES
4489         FIN-WAIT-1 STATE
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.
4495         FIN-WAIT-2 STATE
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.
4501         CLOSE-WAIT STATE
4503           Do the same processing as for the ESTABLISHED state.
4505         CLOSING STATE
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.
4511         LAST-ACK STATE
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.
4517         TIME-WAIT STATE
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.
4523     sixth, check the URG bit,
4525       ESTABLISHED STATE
4526       FIN-WAIT-1 STATE
4527       FIN-WAIT-2 STATE
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.
4538                                                                [Page 73]
4541                                                           September 1981
4542 Transmission Control Protocol
4543 Functional Specification
4544                                                          SEGMENT ARRIVES
4548       CLOSE-WAIT STATE
4549       CLOSING STATE
4550       LAST-ACK STATE
4551       TIME-WAIT
4553         This should not occur, since a FIN has been received from the
4554         remote side.  Ignore the URG.
4556     seventh, process the segment text,
4558       ESTABLISHED STATE
4559       FIN-WAIT-1 STATE
4560       FIN-WAIT-2 STATE
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.
4569         When the TCP takes responsibility for delivering the data to the
4570         user it must also acknowledge the receipt of the data.
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.
4577         Please note the window management suggestions in section 3.7.
4579         Send an acknowledgment of the form:
4581           <SEQ=SND.NXT><ACK=RCV.NXT><CTL=ACK>
4583         This acknowledgment should be piggybacked on a segment being
4584         transmitted if possible without incurring undue delay.
4597 [Page 74]                                                               
4600 September 1981                                                          
4601                                            Transmission Control Protocol
4602                                                 Functional Specification
4603 SEGMENT ARRIVES
4607       CLOSE-WAIT STATE
4608       CLOSING STATE
4609       LAST-ACK STATE
4610       TIME-WAIT STATE
4612         This should not occur, since a FIN has been received from the
4613         remote side.  Ignore the segment text.
4615     eighth, check the FIN bit,
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.
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.
4627         SYN-RECEIVED STATE
4628         ESTABLISHED STATE
4630           Enter the CLOSE-WAIT state.
4632         FIN-WAIT-1 STATE
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.
4638         FIN-WAIT-2 STATE
4640           Enter the TIME-WAIT state.  Start the time-wait timer, turn
4641           off the other timers.
4643         CLOSE-WAIT STATE
4645           Remain in the CLOSE-WAIT state.
4647         CLOSING STATE
4649           Remain in the CLOSING state.
4651         LAST-ACK STATE
4653           Remain in the LAST-ACK state.
4656                                                                [Page 75]
4659                                                           September 1981
4660 Transmission Control Protocol
4661 Functional Specification
4662                                                          SEGMENT ARRIVES
4666         TIME-WAIT STATE
4668           Remain in the TIME-WAIT state.  Restart the 2 MSL time-wait
4669           timeout.
4671     and return.
4715 [Page 76]                                                               
4718 September 1981                                                          
4719                                            Transmission Control Protocol
4720                                                 Functional Specification
4721 USER TIMEOUT
4725   USER TIMEOUT
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.
4732   RETRANSMISSION TIMEOUT
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.
4739   TIME-WAIT TIMEOUT
4741     If the time-wait timeout expires on a connection delete the TCB,
4742     enter the CLOSED state and return.
4744    
4774                                                                [Page 77]
4777                                                           September 1981
4778 Transmission Control Protocol
4833 [Page 78]                                                               
4836 September 1981                                                          
4837                                            Transmission Control Protocol
4841                                 GLOSSARY
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.
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.
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).
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).
4865 connection
4866           A logical communication path identified by a pair of sockets.
4868 datagram
4869           A message sent in a packet switched computer communications
4870           network.
4872 Destination Address
4873           The destination address, usually the network and host
4874           identifiers.
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.
4881 fragment
4882           A portion of a logical unit of data, in particular an internet
4883           fragment is a portion of an internet datagram.
4886           A file transfer protocol.
4892                                                                [Page 79]
4895                                                           September 1981
4896 Transmission Control Protocol
4897 Glossary
4901 header
4902           Control information at the beginning of a message, segment,
4903           fragment, packet or block of data.
4905 host
4906           A computer.  In particular a source or destination of messages
4907           from the point of view of the communication network.
4909 Identification
4910           An Internet Protocol field.  This identifying value assigned
4911           by the sender aids in assembling the fragments of a datagram.
4914           The Interface Message Processor, the packet switch of the
4915           ARPANET.
4917 internet address
4918           A source or destination address specific to the host level.
4920 internet datagram
4921           The unit of data exchanged between an internet module and the
4922           higher level protocol together with the internet header.
4924 internet fragment
4925           A portion of the data of an internet datagram with an internet
4926           header.
4929           Internet Protocol.
4932           The Initial Receive Sequence number.  The first sequence
4933           number used by the sender on a connection.
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.
4941           The Initial Send Sequence number.  The first sequence number
4942           used by the sender on a connection.
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.
4951 [Page 80]                                                               
4954 September 1981                                                          
4955                                            Transmission Control Protocol
4956                                                                 Glossary
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.
4966 local packet
4967           The unit of transmission within a local network.
4969 module
4970           An implementation, usually in software, of a protocol or other
4971           procedure.
4974           Maximum Segment Lifetime, the time a TCP segment can exist in
4975           the internetwork system.  Arbitrarily defined to be 2 minutes.
4977 octet
4978           An eight bit byte.
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.
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.
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.
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.
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.
5005 RCV.NXT
5006           receive next sequence number
5010                                                                [Page 81]
5013                                                           September 1981
5014 Transmission Control Protocol
5015 Glossary
5019 RCV.UP
5020           receive urgent pointer
5022 RCV.WND
5023           receive window
5025 receive next sequence number
5026           This is the next sequence number the local TCP is expecting to
5027           receive.
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.
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.
5047           Real Time Protocol:  A host-to-host protocol for communication
5048           of time critical information.
5050 SEG.ACK
5051           segment acknowledgment
5053 SEG.LEN
5054           segment length
5056 SEG.PRC
5057           segment precedence value
5059 SEG.SEQ
5060           segment sequence
5062 SEG.UP
5063           segment urgent pointer field
5069 [Page 82]                                                               
5072 September 1981                                                          
5073                                            Transmission Control Protocol
5074                                                                 Glossary
5078 SEG.WND
5079           segment window field
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.
5085 segment acknowledgment
5086           The sequence number in the acknowledgment field of the
5087           arriving segment.
5089 segment length
5090           The amount of sequence number space occupied by a segment,
5091           including any controls which occupy sequence space.
5093 segment sequence
5094           The number in the sequence field of the arriving segment.
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.
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.)
5111 SND.NXT
5112           send sequence
5114 SND.UNA
5115           left sequence
5117 SND.UP
5118           send urgent pointer
5120 SND.WL1
5121           segment sequence number at last window update
5123 SND.WL2
5124           segment acknowledgment number at last window update
5128                                                                [Page 83]
5131                                                           September 1981
5132 Transmission Control Protocol
5133 Glossary
5137 SND.WND
5138           send window
5140 socket
5141           An address which specifically includes a port identifier, that
5142           is, the concatenation of an Internet Address with a TCP port.
5144 Source Address
5145           The source address, usually the network and host identifiers.
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.
5153           Transmission control block, the data structure that records
5154           the state of a connection.
5156 TCB.PRC
5157           The precedence of the connection.
5160           Transmission Control Protocol:  A host-to-host protocol for
5161           reliable communication in internetwork environments.
5164           Type of Service, an Internet Protocol field.
5166 Type of Service
5167           An Internet Protocol field which indicates the type of service
5168           for this internet fragment.
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.
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.
5183           
5187 [Page 84]                                                               
5190 September 1981                                                          
5191                                            Transmission Control Protocol
5195                                REFERENCES
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.
5203 [2]  Postel, J. (ed.), "Internet Protocol - DARPA Internet Program
5204      Protocol Specification", RFC 791, USC/Information Sciences
5205      Institute, September 1981.
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.
5211 [4]  Postel, J., "Assigned Numbers", RFC 790, USC/Information Sciences
5212      Institute, September 1981.
5246                                                                [Page 85]