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Introdução

O TCP é um protocolo host-to-host altamente confiável.
Comunicação inter-processos, orientado a conexão, com suporte a muitas aplicações, e já assume a simplicidade do protocolo da camada abaixo (IP).
A interface TCP consiste de um conjunto de chamadas, como em um SO, como exemplo para abrir e fechar conexões. A comunicação com a aplicação pode ser assíncrona.
A Operação do TCP está nas seguintes áreas:
- Transferência básica de dados
  - O TCP é capaz de tranferir dados em um fluxo em cada direção. Uma função "push" garante que esses dados são passados adiante no receptor.
- Confiabilidade
  - O TCP é capaz de "recuperar" dados comprometidos, perdidos, duplicados ou entregues fora de ordem. Mensagens como o "ACK" são usadas para confirmação de recepção ccorreta.
- Controle de fluxo
  - O TCP permite um controle da quantidade de dados transmitidos, através de uma janela e da quantidade de ACKs.
- Multiplexação
  - A partir do IP mais a porta é formado um socket, que permite conexões múltiplas. Existem sockets fixos para certas aplicações.
- Conexão
  - Os mecanismos descritos anteriormente exigem a inicialização e manutenção dos fluxos de dados, daí vem a conexão, feita por um mecanismo de "handshake", baseado em números de sequência baseados no clock.
- Precedência e segurança
  - Podem ser indicados precedência e segurança da comunicação pelos usuários.

Os ambientes de rede podem ser locais, ou de grande abrangência, mas assumem uma tecnologia de comutação de pacotes. Toda esta estrutura é para a comunicação entre processos de hosts (através das portas), daí a importância do TCP.
O TCP recebe uma chamada de um processo com um buffer de dados como argumento. Na recepção ele notifica o usuário e passa esses dados para a aplicação de destino.
Fragmentação e remontagem é responsabilidade do módulo da internet (camada de rede - IP). O segmento (TCP) é retirado da parte dos dados do datagrama (IP).
O TCP é como um módulo do SO, controlado por um driver.
A interface tem chamadas como: SEND, RECEIVE, OPEN, CLOSE, STATUS. Essas chamadas podem ter parâmetros como: tipo de serviço, endereço, precedência, segurança, etc.

A transferência confiável é baseada em números de sequência e ACKs, sendo que se um segmento com um certo número de sequência não receber o ACK correspondente ele é retransmitido, se não, deletado da fila. A janela citada anteriormente possui um número, que designa a quantidade de segmentos enviados sem receber ACK.
Para uma identificação TCP ser única, deve-se acoplar o IP (endereço+porta -> socket).
Dois sockets definem uma conexão, full-duplex (nos dois sentidos)
Existe uma estrutura, a TCB (Transmission Control Block), para guardar as informações das conexões.

Chamadas passivas da função OPEN, acontecem quando existe uma solicitação de conexão "estrangeira". Neste caso um socket estrangeiro de zeros é utilizado para denotar um socket não especificado.
Dois processos que requisitam OPEN ao mesmo tempo, obtém sucesso pela forma assícrona.
Para estabelecer a conexão existe a mensagem SYN (tree-way handshake), para fechar a conexão existe a flag FIN.
Para enviar, usa-se a chamada SEND, e quando um receptor vê a flag PUSH, ele não espera mais dados e passa os recebidos para a camada superior. Se o buffer estiver cheio e não for visto o PUSH os dados são passados para o usuário.

O TCP não define uma atitude na presença de dados urgentes por parte do usuário, mas a noção geral é que o processo receptor toma a a ação de processar dados urgentes primeiro.
O TCP pode usar o tipo de serviço e opções do IP para tratar segurança, mas nem todos os módulos tem essa capacidade multicamada. Alguns módulos permitem a aplicações, como Telnet, especificar certos níveis de segurança, precedência, conexão...
O TCP tem um princípio enquanto à robustez: Ser liberal no que aceita e conservador no que faz.

Porta fonte e destino (16 bits)
Número de Sequência (32 bits): número do primeiro byte do segmento, quando tem SYN, é o número inicial da sequência (ISN) e o primeiro byte está em ISN+1.
Número de reconhecimento (32 bits): se o bit ACK está setado, este é o valor do próximo número de sequência esperado.
Comprimento do cabeçalho (Data offset - 4 bits)
Não utilizado (6 bits)
Bits de Controle (6 bits)
- URG: ponteiro de urgência
- ACK
- PSH: ponteiro do PUSH
- RST: resetar conexão
- SYN: sincronização dos números de sequência
- FIN: fim da transmissão
Window (16 bits): número de bytes, quando ACK está setado, que o destinatário ainda pode receber.
Checksum (16 bits): complemento de 1 da soma de todas as palavras de 16 bits. Ele abrange um pseudo cabeçalho de 96 bits (endereços de fonte e destino, o protocolo e o TCP Length(tamanho do cabeçalho TCP mais os dados - em octetos, sem contar o pseudo cabeçalho).

Ponteiro para urgência (16 bits): Indica a localização para dados urgentes (flag URG ativada).
Opções (variável): múltiplos de 8 bits, são incluídas no checksum. São 2 casos:
- Um único byte para o tipo de opção.
- Um byte para o tipo, um para o tamanho e um para os dados.
  - 00000000: fim da lista de opções
  - 00000001: usado entre opções.
  - [00000010][00000100][max seg size] - usado para determinar o maior tamanho do segmento, são 16 bits.

As variáveis necessárias são armazenadas no TCB:
- SND.___: enviando algo
- ISS: Inicial Sequence Number
- RCV.___: recebendo algo
- SEG.___: informações sobre o segmento (tamanho, janela, número,...)
Alguns estados durante a conexão:
- LISTEN: espera por uma conexão.
- SYN-SENT: esperando confirmação
- SYN-RECEIVED
- ESTABLISHED
- FIN-WAIT-1: espera por um fim de conexão, ou pelo ACK como resposta por um fim (TCP remoto)
- FIN-WAIT-2: espera apenas pelo fim de conexão (TCP remoto).
- CLOSE-WAIT: espera por uma requisição de fim de conexão do usuário local.
- CLOSING: esperando pelo ACK de resposta por um fim.
- LAST-ACK: ACK de fim enviado ao TCP remoto.
- TIME-WAIT: Representa o tempo de espera até que se tenha certeza de que o TCP remoto recebeu o ACK de fim.
- CLOSED

São armazenados para serem consecutivos.
São limitados pelos 32 bits, ou seja 2^32 - 1.
Um segmento recebido deve ter um número de sequência esperado.
SEG.SEQ + SEG.LEN - 1 = último número de sequência de um segmento.
SND.UNA < SEG.ACK <= SND.NXT, o UNA é o último que não recebeu ACK.
RCV.NXT =< SEG.SEQ < RCV.NXT + RCV.WND
Quando a janela de recepção é zero, só recebe ACKs.
O ISN (primeiro número de sequência) é gerado de acordo com um relógio, e a cada 4 microsegundos incrementa em 1, isso quer dizer que para fechar o ciclo são 4.55 horas.
Para sincronizar a conexão tem-se o three way handshake.
- A --> B (SYN)
- A <-- B (ACK,SYN)
- A --> B (ACK)
O TCP espera um MSL(maximum segment lifetime), que segundo a RFC eram 2 minutos, para abrir uma conexão igual (com os mesmos sockets), desde que não seja reiniciado.
Quando um host dá um "crash", ele pode esperar esse MSL pra não correr o risco de problemas com uma conexão repetida.

O TCP é capaz de se recuperar de uma duplicata resetando a conexão.
É possível uma conexão aberta pela metade, quando um dos lados encerra a conexão e o outro não fica sabendo. Os métodos para sair das anomalias podem ser visualizados abaixo.
- Caso 1: Descoberta de conexão aberta pela metade