Wat is het Transmission Control Protocol?

Transmission Control Protocol (TCP) is een fundamenteel communicatieprotocol dat in computernetwerken wordt gebruikt om betrouwbare, geordende en foutloze communicatie te garanderen. overdracht van gegevens tussen apparaten.

Wat is het Transmission Control Protocol?

TCP is een kerncommunicatieprotocol binnen de Internet Protocol Suite, dat voornamelijk functioneert op de transportlaag van de OSI-modelHet maakt betrouwbare, geordende en foutloze gegevensoverdracht tussen apparaten via een netwerk mogelijk. Zo wordt gegarandeerd dat gegevens die van de ene host worden verzonden, de andere nauwkeurig en in de juiste volgorde bereiken.

TCP bereikt dit door een verbinding tot stand te brengen tussen de zender en de ontvanger voordat de gegevens worden verzonden, met behulp van een proces dat bekend staat als een handdruk in drie richtingenZodra de verbinding tot stand is gebracht, segmenteert TCP de gegevens in pakketten. Elk pakket wordt voorzien van een volgnummer om te garanderen dat alle onderdelen correct worden ontvangen en weer worden samengevoegd.

TCP-lagen

TCP opereert op de transportlaag van het OSI-model (Open Systems Interconnection). Deze lagen werken samen om betrouwbare gegevensoverdracht over netwerken mogelijk te maken. Hieronder volgt een overzicht van de rol van elke laag ten opzichte van TCP.

1. Applicatielaag (laag 7)

Hoewel TCP zelf niet rechtstreeks op deze laag werkt, bedient het de applicaties die op deze laag draaien. De applicatielaag bestaat uit de protocollen en programma's die datacommunicatie vereisen (bijv. HTTP, FTPe-mailprotocollen zoals SMTP, enz.). Wanneer een toepassing data wil versturen, geeft het deze door aan de transportlaag (waar TCP actief is) om via het netwerk te worden verzonden.

2. Transportlaag (laag 4)

Dit is waar TCP werkt en de primaire functie van betrouwbare gegevensoverdracht tussen apparaten in het netwerk verzorgt. In deze laag worden gegevens gesegmenteerd in kleinere eenheden, segmenten genoemd. TCP voegt een header toe aan elk segment, met informatie zoals:

• Bron- en bestemmingspoortenIdentificeer de verzendende en ontvangende applicatie op de betreffende apparaten.
• Volgnummer. Houdt de volgorde van segmenten bij, zodat de gegevens correct opnieuw kunnen worden samengesteld.
• Bevestigingsnummer. Wordt gebruikt om de ontvangst van gegevens te bevestigen.
• Vlaggen en controlebits. Geef de status van de verbinding aan, bijvoorbeeld of de verbinding tot stand wordt gebracht, wordt verbroken of in stand wordt gehouden.
• Checksums. Detecteert fouten om er zeker van te zijn dat de gegevens niet beschadigd zijn.
• Venstergrootte. Regelt de gegevensstroom en zorgt ervoor dat de verzender de ontvanger niet overweldigt.

De transportlaag zorgt ervoor dat gegevens betrouwbaar en in de juiste volgorde worden verzonden, met mechanismen zoals hertransmissie, datastroomcontrole en congestiecontrole. TCP regelt het proces van het opdelen van gegevens in segmenten, het beheren van bevestigingen, het verwerken van hertransmissies van verloren pakketten en het garanderen van een correcte levering.

3. Netwerklaag (laag 3)

De netwerklaag is verantwoordelijk voor het adresseren, routeren en doorsturen van datapakketten van de bron naar de bestemming via meerdere netwerken. IP (Internet Protocol) werkt op deze laag en kapselt het TCP-segment in een pakket in. De netwerklaag zorgt niet voor betrouwbaarheid of volgorde; haar primaire rol is het routeren van het pakket naar de juiste bestemming, met behulp van IP adressen.

Zodra het pakket de bestemming bereikt, wordt het overgedragen aan de transportlaag. Hier zorgt TCP ervoor dat de gegevens correct en volledig worden ontvangen.

4. Datalinklaag (laag 2)

Op de datalinklaag wordt het netwerkpakket ingekapseld in een frame voor verzending via het fysieke medium. Deze laag zorgt voor de foutdetectie en -correctie van gegevensoverdracht tussen aangrenzende netwerkknooppunten, zoals apparaten op dezelfde locatie. lokaal netwerk (LAN). Het voegt het fysieke adres toe (MAC-adres) van de apparaten naar het frame voor correcte adressering op linkniveau.

De datalinklaag verzorgt niet rechtstreeks de betrouwbaarheid en de stroomcontrolemechanismen van TCP, maar zorgt ervoor dat de gegevens op de juiste manier worden geframed voor transmissie via het lokale netwerk en dat ze naar het juiste fysieke apparaat worden doorgestuurd.

5. Fysieke laag (laag 1)

Deze laag is verantwoordelijk voor de daadwerkelijke transmissie van ruwe bits over het fysieke medium, zoals elektrische signalen of optische pulsen. Het is niet direct betrokken bij TCP, maar is essentieel voor de transmissie van de datalinkframes via kabels, draadloze verbindingen of andere fysieke media.

Hoe werkt TCP?

TCP werkt via een reeks stappen die betrouwbare, geordende en foutloze communicatie tussen apparaten garanderen. Zo werkt het:

1. Verbinding tot stand brengen (drieweg-handshake)De eerste stap in TCP-communicatie is het tot stand brengen van een verbinding tussen de zender en de ontvanger. Dit gebeurt met behulp van een proces genaamd three-way handshake, dat ervoor zorgt dat beide apparaten klaar zijn voor communicatie.
2. GegevenssegmentatieZodra de verbinding tot stand is gebracht, bereidt de verzender de gegevens voor op verzending. De gegevens worden verdeeld in kleinere delen, segmenten genaamd. Elk segment krijgt een volgnummer, zodat zowel de verzender als de ontvanger de gegevens kunnen volgen en in de juiste volgorde kunnen worden samengevoegd.
3. DatatransmissieDe zender begint met het verzenden van de datasegmenten naar de ontvanger. Elk segment bevat de TCP-header, die controle-informatie bevat zoals het volgnummer, het bevestigingsnummer en de controlesom. De ontvanger stuurt een bevestiging (ACK) voor elk ontvangen segment, ter bevestiging van succesvolle ontvangst.
4. Stroomregeling. TCP maakt gebruik van een schuifvenstermechanisme om de datastroom te regelen. De ontvanger geeft aan hoeveel data hij kan verwerken door een venstergrootte aan te geven. Dit voorkomt dat de verzender de ontvanger overbelast met te veel data tegelijk. De verzender past de datatransmissiesnelheid aan op basis van de beschikbare bufferruimte van de ontvanger.
5. Foutdetectie en hertransmissieTCP bevat een checksum in elk segment om fouten in de transmissie te detecteren. Als een segment verloren gaat of beschadigd raakt, stuurt de ontvanger geen bevestiging, waardoor de verzender wordt gevraagd het segment opnieuw te verzenden. De verzender blijft ontbrekende of beschadigde segmenten opnieuw verzenden totdat ze succesvol zijn ontvangen.
6. Erkenning. Elk segment dat succesvol is ontvangen, wordt door de ontvanger bevestigd. Deze bevestiging informeert de verzender dat het segment succesvol is afgeleverd en stelt de verzender in staat om door te gaan naar het volgende segment. De bevestiging bevat het volgende verwachte volgnummer, wat de verzender informatie geeft over de succesvolle ontvangst van de gegevens.
7. Beëindiging van de verbinding. Nadat alle gegevens zijn verzonden en bevestigd, wordt de verbinding verbroken.

Wat is een TCP-voorbeeld?

Een voorbeeld van TCP in actie is te zien tijdens het browsen op een website. Hieronder ziet u stapsgewijs hoe TCP in dit scenario werkt:

Stap 1: Verbinding tot stand brengen (drieweg-handshake)

1. Je opent een web browser en voer een in website adres (bijv. www.example.com).
2. Uw browser stuurt een TCP SYN-pakket naar de server, wat aangeeft dat er een verbinding tot stand wil worden gebracht.
3. Uw partner voor server reageert met een SYN-ACK-pakket om de aanvraag te bevestigen.
4. Uw browser antwoordt met een ACK-pakket, waarmee wordt bevestigd dat de verbinding tot stand is gebracht.

Stap 2: Gegevensoverdracht

1. Nadat de verbinding tot stand is gebracht, stuurt uw browser een HTTP-verzoek (bijvoorbeeld om de Startpagina van de website) naar de server.
2. Uw partner voor server Vervolgens worden de webpaginagegevens in kleinere TCP-segmenten opgedeeld en teruggestuurd naar uw browser. Elk segment heeft een volgnummer om zowel uw browser als de server de volgorde van de gegevens volgen.
3. Uw browser bevestigt de ontvangst van elk segment en stuurt voor elk segment een ACK-pakket terug.

Stap 3: Stroomregeling

1. Terwijl de webpaginagegevens worden verzonden, zorgt TCP ervoor dat uw browser niet overbelast raakt door de hoeveelheid verzonden gegevens te reguleren. De geadverteerde venstergrootte geeft aan hoeveel gegevens het tegelijk kan verwerken.

Stap 4: Foutdetectie en hertransmissie

1. Als een deel van de gegevens verloren gaat of beschadigd raakt, zal uw browser dit niet erkennen en de server om dat segment opnieuw te verzenden. Het checksumveld in elk TCP-segment helpt fouten te detecteren en zorgt ervoor dat de gegevens correct worden verzonden.

Stap 5: Verbinding beëindigen

1. Zodra de webpagina volledig is geladen, stuurt uw browser een FIN-pakket naar de server, wat aangeeft dat de gegevensontvangst is voltooid.
2. Uw partner voor server antwoordt met een ACK-pakket, waarmee wordt bevestigd dat de verbinding kan worden gesloten.
3. Ten slotte server stuurt een FIN-pakket naar uw browser, en uw browser stuurt een ACK om de verbinding te beëindigen.

Waarvoor wordt TCP gebruikt?

TCP wordt gebruikt voor betrouwbare, geordende gegevensoverdracht via netwerken, met name in toepassingen waar data-integriteit en leveringsgarantie zijn cruciaal. Het wordt veel gebruikt in verschillende internetdiensten, waaronder surfen op het web (HTTP/HTTPS), e-mail (SMTP, IMAP), bestandsoverdracht (FTP) en toegang op afstand (SSH, Telnet).

TCP zorgt ervoor dat gegevens foutloos worden verzonden en ontvangen, door de informatiestroom te beheren, de levering in de juiste volgorde te garanderen en hertransmissies van gegevens af te handelen. verloren of beschadigde pakketten. De betrouwbaarheid ervan maakt het essentieel voor toepassingen waar prestaties en correctheid van het grootste belang zijn, zoals bij financiële transacties, online gaming en cloud services.

Hoe veilig is TCP?

TCP zelf bevat geen ingebouwde beveiligingsmechanismen, waardoor het inherent kwetsbaar is voor bepaalde soorten aanvallen, zoals man-in-the-middle (MITM), TCP-spoofing en denial-of-service (DoS)-aanvallen. TCP wordt echter vaak gebruikt in combinatie met aanvullende protocollen om veilige communicatie te bieden. Bijvoorbeeld: TLS/SSL (Transport Layer Security / Secure Sockets Layer) wordt doorgaans over TCP heen gelegd om gegevens te versleutelen en veilige communicatie tussen apparaten te garanderen, zoals bij HTTPS voor webbrowsen.

Hoewel TCP zorgt voor betrouwbare, geordende gegevensoverdracht, biedt het op zichzelf geen bescherming tegen data-onderschepping of ongeautoriseerde toegang. Om veilige communicatie te bereiken, implementeren applicaties doorgaans encryptie, authenticatieen integriteitscontroles op hogere lagen, waarbij gebruik wordt gemaakt van protocollen zoals TLS of VPN's (Virtual Private Networks) om de TCP-verbinding te beveiligen.

TCP-aanvallen

TCP-aanvallen exploiteren kwetsbaarheden in het Transmission Control Protocol om communicatie te verstoren, gegevens te onderscheppen of netwerkstoringen te veroorzaken. Deze aanvallen richten zich meestal op zwakke plekken in de TCP-levenscyclus, zoals het tot stand brengen van verbindingen, de gegevensoverdracht of het beëindigen van verbindingen. Enkele veelvoorkomende TCP-aanvallen zijn:

• TCP SYN-flood-aanval. Dit is een type Denial-of-Service (DoS)-aanval waarbij een aanvaller een groot volume SYN-pakketten naar een doelwit stuurt server, vaak met een vervalst afzender-IP-adres. De server reageert met SYN-ACK-pakketten en wacht op de laatste ACK-reactie om de handshake te voltooien. De aanvaller stuurt echter nooit de laatste bevestiging, waardoor de server met halfopen verbindingen die de bronnen uitputten en een denial-of-service veroorzaken voor legitieme gebruikers.
• TCP SYN-ACK-spoofing (TCP-spoofing). Bij deze aanval manipuleert de aanvaller de TCP-handshake door een vervalst SYN-ACK-antwoord naar een doelwit te sturen, waarbij hij zich voordoet als een legitieme serverDe aanvaller kan vervolgens kwaadaardig verkeer onderscheppen, wijzigen of injecteren in de verbinding tussen het slachtoffer en de legitieme serverDeze aanval is afhankelijk van het vermogen van de aanvaller om volgnummers te raden of te observeren, waardoor hij de verbinding kan kapen.
• Man-in-the-middle-aanval. Bij een MITM-aanval onderschept of manipuleert een aanvaller de communicatie tussen twee partijen. Omdat TCP zelf geen encryptie of authenticatie biedt, kan een aanvaller de verzonden gegevens onderscheppen en wijzigen, bijvoorbeeld door de inhoud van een e-mail te wijzigen of schadelijke gegevens in een e-mail te injecteren. filet overdracht. MITM-aanvallen kunnen worden voorkomen door gebruik te maken van encryptieprotocollen zoals TLS of SSL, die de gegevens tijdens de overdracht beveiligen.
• TCP-sessiekaping. Deze aanval vindt plaats wanneer een aanvaller een actieve TCP-sessie tussen twee partijen overneemt door de volgnummers van de sessie te voorspellen of te stelen. Eenmaal gekaapt, kan de aanvaller kwaadaardige opdrachten of commando's injecteren die legitiem lijken voor de ontvanger, wat kan leiden tot ongeautoriseerde acties, zoals het overmaken van geld of het stelen van gevoelige informatie.
• TCP RST (reset)-aanval. Deze aanval bestaat uit het versturen van een TCP RST (reset)-pakket om een ​​actieve TCP-verbinding te verbreken. Door een vervalst RST-pakket met het juiste volgnummer te versturen, kan de aanvaller zowel de client als de server dwingen om de verbinding te verbreken. server de verbinding verbreken. Dit kan de communicatie verstoren en gebruikers dwingen opnieuw verbinding te maken of het systeem te blokkeren. uitvaltijd.
• TCP-overstroming. TCP flood, een meer algemene vorm van een DoS-aanval, houdt in dat een doelsysteem wordt overspoeld met een groot aantal TCP-pakketten, wat de netwerkbandbreedte en -bronnen verbruikt. In tegenstelling tot SYN flood worden hierbij complete pakketten verzonden (niet alleen SYN-verzoeken), wat lastiger te bestrijden kan zijn omdat ze als legitiem verkeer worden weergegeven.
• Smurfenaanval (TCP-variant)Hoewel een Smurf-aanval traditioneel wordt geassocieerd met ICMP, kan deze ook misbruik maken van TCP. In dit geval stuurt een aanvaller een verzoek naar een grote groep systemen, en die systemen reageren op een doelwit met data. De aanvaller versterkt het verkeer en overspoelt het doelwit met een stortvloed aan reacties, wat leidt tot een denial-of-service.
• TCP/UDP-reflectie-aanval. Dit type aanval maakt gebruik van verkeerd geconfigureerde servers (vaak DNS of NTP servers) om kwaadaardige pakketten terug te kaatsen naar een doelwit. De aanvaller vervalst het IP-adres van het slachtoffer en stuurt een kleine query naar een kwetsbare server, wat een sterke reactie terugstuurt naar het slachtoffer, waardoor zijn of haar systeem overbelast raakt.

Hoe voorkom je TCP-aanvallen?

Om bescherming te bieden tegen TCP-aanvallen kunnen verschillende tegenmaatregelen worden geïmplementeerd:

• SYN-cookiesDeze techniek helpt beschermen tegen SYN-flood-aanvallen door ervoor te zorgen dat de server houdt geen bronnen vast voor halfopen verbindingen.
• SnelheidsbeperkingDoor het aantal inkomende verbindingen of SYN-pakketten binnen een bepaald tijdsbestek te beperken, kunt u floodingaanvallen beperken.
• firewalls en inbraakdetectiesystemen (IDS). Deze kunnen verdachte verkeerspatronen of pakketanomalieën die verband houden met TCP-aanvallen detecteren en blokkeren.
• Encryptie (TLS/SSL). Beveiligde verbindingen met behulp van encryptie voorkomen dat aanvallers gegevens kapen of manipuleren.
• Willekeurige TCP-volgnummersDoor het willekeurig maken van volgnummers wordt het voor aanvallers moeilijker om geldige sessie-ID's te voorspellen of te raden.
• Beleid voor verbindingstime-outs. Door geschikte time-outs in te stellen voor inactieve verbindingen, verkleint u het risico op uitputting van de bronnen door DoS-aanvallen.

De voor- en nadelen van TCP

TCP is een veelgebruikt protocol dat aanzienlijke voordelen biedt voor betrouwbare, geordende en foutloze communicatie via netwerken. Het kent echter ook bepaalde beperkingen en nadelen. Hieronder vindt u een overzicht van de voor- en nadelen van TCP.

Wat is het voordeel van TCP?

Het belangrijkste voordeel van TCP is de mogelijkheid om betrouwbare, geordende gegevensoverdracht tussen apparaten via een netwerk te bieden. Deze betrouwbaarheid wordt bereikt door mechanismen zoals foutdetectie, bevestigingen, hertransmissies en volgnummering om ervoor te zorgen dat gegevens nauwkeurig en in de juiste volgorde worden verzonden.

TCP is ook voorzien van flow control om datacongestie te voorkomen en congestiecontrole om overbelasting van het netwerk te voorkomen. Deze functies maken TCP ideaal voor toepassingen waarbij data-integriteit, consistentie en foutloze levering cruciaal zijn, zoals surfen op het web, bestandsoverdracht en e-mail. Door te garanderen dat gegevens foutloos en in de juiste volgorde aankomen, garandeert TCP een robuust en betrouwbaar communicatiekanaal voor gebruikers en toepassingen.

Wat is het nadeel van TCP?

Een van de grootste nadelen van TCP is de overhead en latentie. Omdat TCP zorgt voor betrouwbare, geordende levering via mechanismen zoals foutdetectie, datastroomcontrole en hertransmissie, vereist het extra verwerking en communicatie tussen de verzender en de ontvanger. Dit kan resulteren in hogere latency en het bronnenverbruik vergeleken met verbindingsloze protocollen zoals UDP (User Datagram Protocol), die niet over deze betrouwbaarheidsmechanismen beschikken.

Bovendien dragen de processen van TCP voor het tot stand brengen en verbreken van verbindingen (zoals de three-way handshake en four-way terminatie) bij aan de vertraging, waardoor TCP minder geschikt is voor realtimetoepassingen zoals videostreaming of online gaming, waar een lage latentie cruciaal is. De nadruk die TCP legt op betrouwbaarheid en ordening kan ook leiden tot inefficiënt gebruik van netwerkbronnen in situaties waarin snelheid en minimale protocoloverhead belangrijker zijn dan gegarandeerde levering.

TCP versus UDP

TCP en UDP zijn beide transportlaagprotocollen, maar ze verschillen aanzienlijk in hun aanpak van gegevensoverdracht. TCP is verbindingsgericht en zorgt voor een betrouwbare, geordende en foutloze gegevensoverdracht via mechanismen zoals bevestigingen, hertransmissies en datastroomcontrole. Dit maakt TCP ideaal voor toepassingen waar betrouwbaarheid en gegevensintegriteit cruciaal zijn, zoals surfen op het web en bestandsoverdracht.

UDP daarentegen is verbindingsloos en biedt snellere gegevensoverdracht door het weglaten van foutcontrole, flow control en sequencing. Hoewel dit de overhead vermindert en de snelheid verhoogt, betekent het ook dat UDP geen betrouwbare levering of ontvangst van gegevens in de juiste volgorde garandeert. UDP is geschikt voor realtimetoepassingen zoals videostreaming en online gaming, waarbij snelheid belangrijker is dan absolute betrouwbaarheid.

Wat is het verschil tussen HTTP en TCP?

Het belangrijkste verschil tussen HTTP (Hypertext Transfer Protocol) en TCP ligt in hun respectievelijke rollen en functies binnen netwerkcommunicatie.

TCP is een transport laag Protocol dat verantwoordelijk is voor het garanderen van betrouwbare, geordende en foutloze gegevensoverdracht tussen apparaten in een netwerk. Het verwerkt de taken op een lager niveau, zoals gegevenssegmentatie, datastroomcontrole, foutdetectie en hertransmissie, en zorgt ervoor dat gegevenspakketten nauwkeurig en in de juiste volgorde worden afgeleverd.

HTTP is daarentegen een applicatielaag protocol dat specifiek wordt gebruikt voor het overbrengen van webinhoud, zoals webpagina's en bronnen, tussen een webbrowser (een client) en een serverHTTP definieert de regels voor hoe verzoeken en antwoorden worden opgemaakt en uitgewisseld voor webservices.

Terwijl HTTP TCP gebruikt als onderliggend transportprotocol om een ​​betrouwbare levering van gegevens te garanderen, richt HTTP zich op de structuur en het beheer van de inhoud die wordt overgedragen, zoals het verwerken van GET, POST en andere HTTP-aanvraagtypen.