ما هو بروتوكول TCP وكيف يعمل؟

في عالم شبكات الحاسوب، تلعب البروتوكولات دورًا محوريًا في تنظيم عملية الاتصال وتبادل البيانات بين الأجهزة. من بين هذه البروتوكولات، يبرز بروتوكول TCP أو ما يُعرف بـ Transmission Control Protocol باعتباره أحد أهم البروتوكولات المستخدمة في الإنترنت اليوم.
يعمل هذا البروتوكول على ضمان تسليم البيانات بين طرفين في الشبكة بشكل صحيح، مرتب، وموثوق، مع معالجة أي فقد أو خطأ قد يحدث أثناء النقل.

في هذا المقال، سنوضح بالتفصيل ما هو بروتوكول TCP، آلية الاتصال به، وكيف يتم نقل البيانات عبره.

ما هو بروتوكول TCP؟

بروتوكول TCP هو جزء من مجموعة بروتوكولات الإنترنت المعروفة باسم TCP/IP. يعمل هذا البروتوكول في طبقة النقل Transport Layer ضمن نموذج OSI وTCP/IP، وهو مسؤول عن إدارة الاتصال بين الأجهزة وتأكيد استلام البيانات وضمان ترتيبها بشكل صحيح.

أهم ما يميز بروتوكول TCP عن غيره من بروتوكولات النقل، مثل UDP، هو أنه بروتوكول موثوق (Reliable Protocol)، حيث يتأكد من وصول البيانات كاملة ومرتبة، ويعيد إرسال أي جزء منها قد يُفقد أثناء النقل.

كيف يتم الاتصال عبر بروتوكول TCP؟

عملية الاتصال بين جهازين عبر TCP تمر بثلاث مراحل رئيسية:

1. إنشاء الاتصال (TCP Three-Way Handshake)

قبل البدء في نقل البيانات، يجب إنشاء اتصال بين الطرفين من خلال ما يُعرف بعملية المصافحة ثلاثية الخطوات (Three-Way Handshake):

• SYN: يبدأ الجهاز العميل (Client) بإرسال حزمة بيانات تحتوي على علم SYN (synchronize) إلى الخادم (Server) يطلب فيها بدء الاتصال.

• SYN-ACK: يرد الخادم بحزمة تحتوي على علمي SYN و ACK (acknowledge) ليؤكد استلام طلب الاتصال ويطلب هو أيضًا مزامنة الاتصال.

• ACK: يرسل العميل حزمة أخيرة بعلم ACK لتأكيد استلام رد الخادم، وبذلك يصبح الاتصال جاهزًا لنقل البيانات.

2. نقل البيانات

بعد إنشاء الاتصال، تبدأ عملية تبادل البيانات. ويتم تقسيم البيانات إلى حزم صغيرة تُسمى Segments، يُعطى كل منها رقم تسلسلي (Sequence Number) لتمييز ترتيبها.

مميزات نقل البيانات عبر TCP:

• ترتيب البيانات: يتم إعادة تجميع الحزم لدى الطرف المستقبل وفقًا لأرقامها التسلسلية.

• إعادة إرسال الحزم المفقودة: إذا فُقدت حزمة أثناء النقل أو لم يتم تأكيد استلامها، يعيد TCP إرسالها.

• التحكم في التدفق: يتحكم TCP في كمية البيانات المُرسلة وفقًا لقدرة الطرف المستقبل على معالجتها.

• كشف الأخطاء: يتم فحص كل حزمة للتأكد من خلوها من الأخطاء عبر ما يُعرف بـ Checksum.

3. إنهاء الاتصال (Connection Termination)

عند انتهاء تبادل البيانات، يجب إنهاء الاتصال بطريقة صحيحة. ويتم ذلك عبر عملية إنهاء رباعية الخطوات (Four-Way Handshake):

• يُرسل أحد الطرفين حزمة تحتوي على علم FIN (finish) يطلب فيها إنهاء الاتصال.

• يرد الطرف الآخر بحزمة ACK لتأكيد استلام الطلب.

• يُرسل الطرف الثاني بدوره حزمة FIN.

• ثم يرد الطرف الأول بحزمة ACK.

وبذلك يُغلق الاتصال بشكل آمن.

خصائص بروتوكول TCP

• موثوقية عالية: يضمن تسليم البيانات كاملة ومرتبة.

• اتصال ثنائي الاتجاه: يمكن للطرفين إرسال واستقبال البيانات في نفس الجلسة.

• تحكم في التدفق والازدحام: يتجنب إرسال كمية بيانات تفوق قدرة الشبكة أو الجهاز المستقبل.

• كشف وتصحيح الأخطاء: يستخدم آليات لفحص البيانات ومعالجة أي فقد أو خطأ.

تطبيقات يستخدم فيها بروتوكول TCP

يُستخدم بروتوكول TCP في أغلب تطبيقات الإنترنت التي تتطلب موثوقية في نقل البيانات، مثل:

• تصفح المواقع الإلكترونية (HTTP/HTTPS)

• البريد الإلكتروني (SMTP, IMAP, POP3)

• نقل الملفات (FTP)

• الاتصالات الآمنة (SSH)

• قواعد البيانات عبر الشبكة

مقارنة بين TCP و UDP

الخلاصة

يُعتبر بروتوكول TCP أحد الركائز الأساسية في بنية الإنترنت، حيث يوفر وسيلة موثوقة وآمنة لنقل البيانات بين الأجهزة. تعتمد عليه أغلب التطبيقات التي تتطلب اتصالًا مستقرًا وضمانًا لوصول البيانات بشكل صحيح.
من خلال آلية المصافحة الثلاثية، إعادة إرسال الحزم المفقودة، ترتيب البيانات، وفحص الأخطاء، استطاع TCP أن يُثبت كفاءته لعقود من الزمن في بيئات الاتصالات الرقمية.