TCP versus UDP: De mystificatie van het debat tussen betrouwbaarheid en efficiëntie ontrafeld.

Vandaag beginnen we met TCP. Eerder in het hoofdstuk over gelaagdheid hebben we een belangrijk punt aangestipt. Op de netwerklaag en lager draait het vooral om verbindingen tussen hosts, wat betekent dat je computer moet weten waar een andere computer zich bevindt om er verbinding mee te kunnen maken. Communicatie in een netwerk is echter vaak interprocescommunicatie in plaats van communicatie tussen machines. Daarom introduceert het TCP-protocol het concept van een poort. Een poort kan slechts door één proces tegelijk worden gebruikt, wat zorgt voor directe communicatie tussen applicatieprocessen die op verschillende hosts draaien.

De taak van de transportlaag is het bieden van directe communicatie tussen applicatieprocessen die op verschillende hosts draaien; daarom wordt het ook wel een end-to-end-protocol genoemd. De transportlaag verbergt de essentiële details van het netwerk, waardoor het applicatieproces de indruk krijgt dat er een logisch end-to-end-communicatiekanaal bestaat tussen de twee entiteiten van de transportlaag.

TCP staat voor Transmission Control Protocol en is een verbindingsgericht protocol. Dit betekent dat voordat een applicatie gegevens naar een andere applicatie kan verzenden, beide processen een handshake moeten uitvoeren. Een handshake is een logisch verbonden proces dat zorgt voor een betrouwbare verzending en een ordelijke ontvangst van gegevens. Tijdens de handshake wordt een verbinding tot stand gebracht tussen de bron- en bestemmingshost door een reeks controlepakketten uit te wisselen en overeenstemming te bereiken over bepaalde parameters en regels om een ​​succesvolle gegevensoverdracht te garanderen.

Wat is TCP? (Mylinking'sNetwerktapEnNetwerkpakketbrokerkan zowel TCP- als UDP-pakketten verwerken)
TCP (Transmission Control Protocol) is een verbindingsgeoriënteerd, betrouwbaar, op bytestromen gebaseerd communicatieprotocol voor de transportlaag.

VerbindingsgerichtVerbindingsgericht betekent dat TCP-communicatie één-op-één is, oftewel punt-tot-punt, end-to-end, in tegenstelling tot UDP, dat berichten naar meerdere hosts tegelijk kan verzenden, waardoor één-op-veel-communicatie niet mogelijk is.
BetrouwbaarDe betrouwbaarheid van TCP zorgt ervoor dat pakketten betrouwbaar bij de ontvanger aankomen, ongeacht veranderingen in de netwerkverbinding. Dit maakt de pakketstructuur van TCP complexer dan die van UDP.
Op byte-stream gebaseerdHet byte-stream-gebaseerde karakter van TCP maakt de verzending van berichten van elke grootte mogelijk en garandeert de berichtvolgorde: zelfs als het vorige bericht niet volledig is ontvangen, en zelfs als de volgende bytes wel zijn ontvangen, zal TCP deze niet aan de applicatielaag doorgeven voor verwerking en zullen dubbele pakketten automatisch worden verwijderd.
Zodra host A en host B een verbinding tot stand hebben gebracht, hoeft de applicatie alleen nog maar de virtuele communicatielijn te gebruiken om gegevens te verzenden en te ontvangen, waardoor de gegevensoverdracht gegarandeerd is. Het TCP-protocol is verantwoordelijk voor taken zoals het tot stand brengen, verbreken en behouden van verbindingen. Het is belangrijk om te benadrukken dat de term 'virtuele lijn' hier alleen verwijst naar het tot stand brengen van een verbinding; de term 'TCP-protocolverbinding' geeft alleen aan dat beide partijen kunnen beginnen met gegevensoverdracht en dat de betrouwbaarheid van de gegevens wordt gewaarborgd. De routerings- en transportknooppunten worden afgehandeld door de netwerkapparaten; het TCP-protocol zelf houdt zich niet bezig met deze details.

Een TCP-verbinding is een full-duplex service, wat betekent dat host A en host B in beide richtingen gegevens kunnen verzenden via een TCP-verbinding. Dat wil zeggen dat gegevens tussen host A en host B in een bidirectionele stroom kunnen worden overgedragen.

TCP slaat gegevens tijdelijk op in de verzendbuffer van de verbinding. Deze verzendbuffer is een van de caches die tijdens de drieweg-handshake worden opgezet. Vervolgens stuurt TCP de gegevens in de verzendcache op het juiste moment naar de ontvangstcache van de bestemmingshost. In de praktijk heeft elke peer een verzendcache en een ontvangstcache, zoals hieronder weergegeven:

De verzendbuffer is een geheugenruimte die door de TCP-implementatie aan de zenderzijde wordt beheerd en die wordt gebruikt om tijdelijk gegevens op te slaan die verzonden moeten worden. Wanneer de drieweg-handshake wordt uitgevoerd om een ​​verbinding tot stand te brengen, wordt de verzendbuffer ingesteld en gebruikt om gegevens op te slaan. De verzendbuffer wordt dynamisch aangepast op basis van netwerkcongestie en feedback van de ontvanger.

Een ontvangstbuffer is een geheugenruimte die door de TCP-implementatie aan de ontvangende kant wordt beheerd en die wordt gebruikt om ontvangen gegevens tijdelijk op te slaan. TCP slaat de ontvangen gegevens op in de ontvangstcache en wacht tot de bovenliggende applicatie deze leest.

Houd er rekening mee dat de grootte van de verzendcache en de ontvangstcache beperkt is. Wanneer de cache vol is, kan TCP bepaalde strategieën toepassen, zoals congestiebeheer en stroombeheer, om een ​​betrouwbare gegevensoverdracht en netwerkstabiliteit te garanderen.

In computernetwerken vindt gegevensoverdracht tussen hosts plaats door middel van segmenten. Maar wat is een pakketsegment precies?

TCP creëert een TCP-segment, of pakketsegment, door de binnenkomende datastroom op te splitsen in stukken en aan elk stuk een TCP-header toe te voegen. Elk segment kan slechts gedurende een beperkte tijd worden verzonden en mag de maximale segmentgrootte (MSS) niet overschrijden. Tijdens de overdracht passeert een pakketsegment de datalinklaag. De datalinklaag heeft een maximale transmissie-eenheid (MTU), dit is de maximale pakketgrootte die door de datalinklaag kan worden verzonden. De maximale transmissie-eenheid is meestal gekoppeld aan de communicatie-interface.

Wat is nu precies het verschil tussen MSS en MTU?

In computernetwerken is de hiërarchische architectuur erg belangrijk omdat deze rekening houdt met de verschillen tussen de verschillende niveaus. Elke laag heeft een andere naam; in de transportlaag worden de gegevens een segment genoemd, en in de netwerklaag een IP-pakket. De Maximum Transmission Unit (MTU) kan daarom worden beschouwd als de maximale IP-pakketgrootte die door de netwerklaag kan worden verzonden, terwijl de Maximum Segment Size (MSS) een concept van de transportlaag is dat verwijst naar de maximale hoeveelheid gegevens die per TCP-pakket kan worden verzonden.

Houd er rekening mee dat wanneer de maximale segmentgrootte (MSS) groter is dan de maximale transmissie-eenheid (MTU), IP-fragmentatie op de netwerklaag zal plaatsvinden en TCP de grotere gegevens niet zal opsplitsen in segmenten die geschikt zijn voor de MTU-grootte. Er zal een gedeelte op de netwerklaag zijn dat specifiek is bedoeld voor de IP-laag.