TCP (Transmission Control Protocol) funktioniert durch die Einrichtung eines zuverlässigen und geordneten Kommunikationskanals zwischen zwei Geräten über ein Netzwerk. Es arbeitet auf der Transportschicht der TCP/IP-Protokollsuite und stellt sicher, dass die zwischen Sender und Empfänger übertragenen Daten unversehrt und in der richtigen Reihenfolge ankommen. TCP erreicht diese Zuverlässigkeit durch Mechanismen wie Sequenznummern, Bestätigungen, Prüfsummen und Flusskontrolle. Wenn ein Sender Daten überträgt, teilt TCP diese in Segmente auf, fügt Header mit Steuerinformationen hinzu und sendet sie an den Empfänger. Der Empfänger bestätigt den Empfang jedes Segments und fordert die erneute Übertragung aller verlorenen oder beschädigten Segmente an, um eine fehlerfreie Datenübermittlung sicherzustellen.
TCP funktioniert Schritt für Schritt in mehreren Schritten:
- Verbindungsaufbau: Der Prozess beginnt mit einem TCP-Handshake, bei dem Client und Server Synchronisationspakete (SYN) austauschen, um Parameter auszuhandeln und anfängliche Sequenznummern zu vereinbaren. Die Schritte umfassen das Senden eines SYN-Pakets, den Empfang eines SYN-ACK-Pakets als Antwort und das Senden eines ACK-Pakets zur Bestätigung der Verbindung.
- Datenübertragung: Sobald die Verbindung hergestellt ist, erfolgt die Datenübertragung segmentweise. Der Absender zerlegt die Daten in überschaubare Blöcke, fügt TCP-Header mit Sequenznummern hinzu und sendet sie über das Netzwerk. Der Empfänger bestätigt jedes Segment, sodass der Sender alle verlorenen Segmente erneut übertragen kann.
- Flusskontrolle: TCP implementiert eine Flusskontrolle, um die Datenübertragungsraten basierend auf der Empfängerkapazität zu verwalten. Der Empfänger gibt eine Fenstergröße bekannt, die angibt, wie viele Daten er akzeptieren kann, um eine Überlastung zu verhindern und eine effiziente Datenübertragung sicherzustellen.
- Fehlerbehandlung: TCP erkennt Fehler mithilfe von Prüfsummen in Segmentheadern. Wenn Fehler erkannt werden, verwirft der Empfänger das Segment und fordert eine erneute Übertragung mithilfe von selektiver Wiederholung oder ähnlichen Mechanismen an.
- Verbindungsbeendigung: Wenn der Datenaustausch abgeschlossen ist, initiiert TCP einen Verbindungsbeendigungsprozess. Dazu gehört der Austausch von FIN-Paketen (Finish), um die Verbindung ordnungsgemäß zu schließen, Ressourcen freizugeben und sicherzustellen, dass beide Seiten die Schließung bestätigen.
Eine TCP-Sitzung bezieht sich auf den gesamten Lebenszyklus einer TCP-Verbindung zwischen zwei Hosts. Es beginnt mit dem TCP-Handshake zum Aufbau einer Verbindung, umfasst den Datenaustausch mithilfe von Segmenten, verwaltet die Flusskontrolle und Fehlerbehandlung und endet mit dem Verbindungsabbau. Während der gesamten Sitzung verwaltet TCP Statusinformationen, Sequenznummern, Bestätigungen und andere Parameter, um eine zuverlässige und ordnungsgemäße Datenübertragung zwischen Sender und Empfänger sicherzustellen.
TCP folgt einem mehrschichtigen Ansatz im TCP/IP-Modell, bei dem es auf der Transportschicht arbeitet. Dieses Modell unterteilt die Netzwerkkommunikation in Schichten, wobei TCP die Zuverlässigkeit der End-to-End-Kommunikation und die Flusskontrolle übernimmt. Unterhalb der Transportschicht verwaltet IP (Internet Protocol) die Adressierung und das Routing, während darüber Protokolle der Anwendungsschicht wie HTTP, FTP und SMTP TCP-Dienste für den zuverlässigen Datenaustausch verwenden.
Die TCP-Datenübertragung beginnt damit, dass der Absender die Daten in Segmente aufteilt und TCP-Header mit Sequenznummern hinzufügt. Diese Segmente werden über das Netzwerk an den Empfänger übertragen, der den Empfang jedes Segments bestätigt. Wenn Segmente verloren gehen oder beschädigt sind, überträgt der Absender sie erneut, basierend auf Empfängerbestätigungen und selektiven Wiederholungsmechanismen. TCP stellt eine geordnete Lieferung sicher, indem es die Segmente nummeriert und sie beim Empfänger wieder in die richtige Reihenfolge bringt. Dieser zuverlässige Datenübertragungsmechanismus ermöglicht TCP eine fehlerfreie Kommunikation über unzuverlässige Netzwerkverbindungen und eignet sich daher für Anwendungen, die eine garantierte Zustellung und präzise Datensequenzierung erfordern.
