Giao thức là một phần quan trọng trong quá trình truyền tải dữ liệu trên mạng Internet. Trong đó, giao thức phổ biến nhất mà chúng ta thường hay bắt gặp đó chính là TCP (Transmission Control Protocol). Vậy TCP là gì? Giao thức TCP có những đặc điểm nào? Cùng chúng tôi tìm hiểu trong nội dung bên dưới nhé.
TCP là gì?
TCP là ba chữ cái đầu được viết tắt của từ Transmission Control Protocol, hay còn gọi là Giao thức điều khiển truyền vận. Đây là một trong hai loại giao thức chính trên mạng Internet và là giao thức cấp địa chỉ, đảm bảo dữ liệu được truyền tải theo đúng thứ tự, đáng tin cậy và không bị lặp lại giữa các máy tính trên mạng. Hiểu đơn giản thì TCP là giao thức quản lý việc đóng, tiến hành gửi và tiếp nhận các phản hồi của dữ liệu qua mạng. Vì là một phần quan trọng của cơ sở hạ tầng Internet nên TCP cũng được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng mạng như: email, trình duyệt web, truyền file, trò chơi trực tuyến,....
Thông thường, TCP sẽ đi kèm với IP (Giao thức Internet) để tạo thành một cặp được gọi là TCP/IP. Thuật ngữ này thường xuất hiện trong phần cài đặt mạng trên máy tính, điện thoại thông minh hoặc các thiết bị di động của bạn. Trong đó, IP có trách nhiệm gán địa chỉ và chuyển tiếp các gói tin từ nguồn đến đích, còn TCP protocol sẽ đảm bảo tính tin cậy của truyền dẫn.
Nhiệm vụ chính của giao thức TCP
Như đã nhấn mạnh, giao thức Transmission Control Protocol có nhiệm vụ chính là đảm bảo việc truyền dữ liệu một cách tin cậy, có thứ tự trên mạng và không bị lỗi hay gián đoạn. Vậy nên, để thực hiện nhiệm vụ này, TCP sẽ cần phải có các chức năng quan trọng sau:
1. Thiết lập kết nối
TCP sử dụng một quy trình gọi là "three-way handshake" để thiết lập kết nối giữa hai máy tính. Quy trình này đảm bảo rằng cả hai máy tính đã sẵn sàng cho việc truyền dữ liệu và đã thiết lập các tham số cần thiết để quản lý kết nối.
2. Phân mảnh dữ liệu và gói tin hóa
Thay vì di chuyển như một khối lớn, dữ liệu gốc sẽ được TCP "chia nhỏ" thành các gói tin có kích thước nhỏ gọn để dễ dàng truyền đi trên mạng. Mỗi gói tin bao gồm một phần của dữ liệu gốc và tất cả đều được đánh số cụ thể để đảm bảo thứ tự chính xác khi đến máy tính đích.
3. Kiểm soát luồng dữ liệu
Chương trình TCP sử dụng cơ chế cửa sổ trượt để quản lý việc truyền dữ liệu giữa hai máy tính. Cơ chế này cho phép người gửi và người nhận có thể điều chỉnh số lượng gói tin được truyền và nhận trong một khoảng thời gian nhất định. Thông qua việc điều chỉnh này, mạng sẽ được bảo vệ khỏi tình trạng quá tải và đảm bảo rằng dữ liệu không bị mất.
4. Kiểm soát mức độ tin cậy của việc truyền dữ liệu
Giao thức TCP protocol sử dụng các cơ chế kiểm tra lỗi, xác nhận và tái gửi gói tin để đảm bảo dữ liệu được truyền đi một cách đáng tin cậy. Trong trường hợp một gói tin bị mất hay bị hỏng trong quá trình truyền thì TCP sẽ yêu cầu người gửi gửi lại gói tin đó, mục đích chính là để giúp cho dữ liệu được toàn vẹn.
5. Đóng kết nối nhanh
Sau khi hoàn tất quá trình truyền dữ liệu, TCP sẽ sử dụng một quy trình được gọi là "four-way handshake" để tiến hành đóng kết nối giữa hai máy tính. Qua quy trình này, cả hai máy tính đều sẽ được thông báo rằng kết nối đã được đóng và tất cả các tài nguyên liên quan đều đã được giải phóng.
Cấu trúc của gói tin TCP
Vì TCP là một giao thức đáng tin cậy nên cấu trúc gói tin của nó cũng được thiết kế rất phức tạp, cụ thể:
Trong đó:
- Source port và destination port (đều dài 16 bit): Được sử dụng để xác định giao thức nào đang được truyền tải trên lớp ứng dụng trong TCP segment đang xét.
- Sequence number (32 bit): Dùng để đánh số thứ tự của gói tin (Từ số sequence này, ta có thể tính toán được số lượng byte đã được truyền đi).
- Acknowledge number (32 bit): Được sử dụng để thông báo rằng máy tính đã nhận được gói tin nào và mong đợi nhận được byte mang số thứ tự nào tiếp theo trong quá trình truyền dữ liệu.
- Header length (4 bit): Cho biết tổng chiều dài của header tính bằng đơn vị word (1 Word = 4 byte).
- Reserved bits (4 bit): Toàn bộ đều được thiết lập bằng 0.
- Control bits (9 bit): Dùng để điều khiển các cờ (flag) như ACK, Sequence,....
- Window size (16 bit): Xác định số lượng byte mà thiết bị có thể nhận.
- Checksum (16 bit): Dùng để kiểm tra lỗi của toàn bộ TCP segment.
- Urgent pointer (16 bit): Được dùng trong trường hợp cần ưu tiên dữ liệu.
- Options (tối đa 32 bit): Cho phép bổ sung vào TCP các tính năng khác.
- Data: Dữ liệu của lớp trên.
Cách thức hoạt động của TCP
Trong tình huống host A muốn truyền dữ liệu tới host B qua một kết nối TCP thì trước khi dữ liệu được truyền đi, host A phải thực hiện quá trình thiết lập kết nối TCP với host B. Quá trình này được gọi là "bắt tay ba bước" (three-way handshake), một quá trình quan trọng trong việc khởi tạo kết nối TCP và được diễn ra như sau:
- Bước 1: Host A sẽ gửi cho B một gói tin có cờ SYN đã được kích hoạt, cùng với số thứ tự là 100. Gói tin này là segment đầu tiên và không chứa dữ liệu, vì vậy mà chúng sẽ không có phần data. Tuy nhiên thì số lượng byte dữ liệu vẫn sẽ được tính là một byte cho hoạt động gửi cờ SYN.
- Bước 2: Host B nhận được gói tin thì sẽ phản hồi bằng cách gửi một gói tin có cờ SYN và cờ ACK được kích hoạt. Host B thiết lập segment với số thứ tự là 300. Segment này cũng không chứa dữ liệu nhưng một byte vẫn sẽ được tính cho phần data. Trong trường ACK, host B sẽ tiến hành xác định rõ số thứ tự của byte kế tiếp mà nó muốn nhận từ host A. Vì segment SYN mà A gửi đi được tính là 1 byte nên B mong muốn sẽ nhận byte tiếp theo từ A là byte thứ 101. Do đó, ACK sequence được đánh số là 101 (SEQ=300, ACK=101).
- Bước 3: Sau khi kết nối đã được thiết lập, host A gửi một gói tin để đáp ứng yêu cầu từ host B. Gói tin này có số thứ tự (SEQ) là 101 để đáp ứng yêu cầu từ B và số ACK là 301 để báo hiệu rằng nó đã nhận được gói tin có số SEQ là 300. Sau khi 3 bước này hoàn tất, kết nối TCP giữa host A và B được thiết lập. Khi đó, hai host có thể truyền dữ liệu với nhau.
Địa chỉ Transmission Control Protocol
Nếu IP có một cơ chế hoàn chỉnh để định gán địa chỉ và được gọi là địa chỉ IP thì TCP lại không sở hữu hệ thống địa chỉ phức tạp như vậy. Trên thực tế, TCP cũng không cần đến hệ thống này. Thay vào đó, TCP protocol chỉ sử dụng các số được cung cấp bởi thiết bị mà nó đang chạy trên đó để xác định nơi nhận và truyền gói tin ở đâu, dành cho dịch vụ nào. Các số này được gọi là các cổng (ports). Ví dụ, các trình duyệt web thường sử dụng cổng 80 cho TCP, cổng 25 dùng cho email,…. Số cổng cũng thường kết hợp với địa chỉ IP để chỉ định một dịch vụ, ví dụ: 192.168.66.5:80.
Đánh giá ưu nhược điểm của giao thức TCP
Đánh giá ưu nhược điểm của TCP là một bước quan trọng trong việc tìm hiểu về cách hoạt động và ứng dụng của giao thức này trong mạng máy tính. Cụ thể, dưới đây chính là những ưu nhược điểm của giao thức Transmission Control Protocol mà bạn có thể tham khảo:
1. Ưu điểm của TCP
Đóng vai trò quan trọng trong việc truyền tải dữ liệu trên mạng, giao thức TCP đã được người dùng đánh giá cao bởi những ưu điểm vượt trội sau:
- Là giao thức truyền tin đáng tin cậy, không xảy ra tình trạng lỗi.
- Có cơ chế kiểm tra lỗi và phục hồi để đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu truyền tải.
- Kiểm soát dòng lưu lượng, giúp ngăn chặn tình trạng quá tải và đảm bảo hiệu suất truyền tải.
- TCP đảm bảo dữ liệu được gửi đến đúng đích và theo đúng thứ tự đã gửi, tránh lẫn lộn thông tin.
- TCP là giao thức mở, không bị ràng buộc bởi tổ chức hoặc cá nhân bất kỳ.
- TCP gắn địa chỉ IP và tên miền cho từng thiết bị và trang web trên Internet, giúp cho mỗi trang cụ thể đều được xác định và duy nhất trên mạng.
2. Nhược điểm của giao thức TCP
Bên cạnh những ưu điểm thì giao thức TCP cũng tồn tại một số nhược điểm nhất định mà bạn cần lưu ý:
- TCP được thiết kế cho mạng diện rộng (WAN) nên kích thước của nó có thể sẽ là vấn đề đối với các mạng nhỏ hoặc có băng thông hạn chế như LAN .
- Với việc chạy nhiều lớp, TCP có thể làm chậm tốc độ của mạng do yêu cầu xử lý phức tạp.
- TCP chỉ hoạt động với giao thức TCP/IP và không thể tương thích với các giao thức khác như bluetooth.
- Giao thức này hiện vẫn giữ nguyên từ khi được phát triển, chưa được sửa đổi bất kỳ chi tiết nào.
Một số ứng dụng phổ biến của giao thức TCP
Giao thức TCP (Transmission Control Protocol) là một phần quan trọng của cơ sở hạ tầng mạng và truyền thông dữ liệu hiện đại. Dưới đây là một số ứng dụng phổ biến của giao thức TCP mà bạn cần nắm rõ:
1. Truyền và tải tệp tin
Giao thức TCP được áp dụng rộng rãi trong việc truyền và tải tệp tin từ xa. Ví dụ như khi bạn thực hiện việc tải một tệp từ một máy chủ web, TCP sẽ đảm bảo rằng mọi phần của tệp được truyền đến một cách chính xác và an toàn. TCP cung cấp tính đáng tin cậy nên nó sẽ đảm bảo rằng nếu có lỗi xảy ra trong quá trình truyền tải, các phần của tệp có thể được gửi lại một cách hiệu quả và cam kết không làm mất dữ liệu.
Hiện nay, TCP được sử dụng phổ biến trong việc truyền thông và giao tiếp giữa các thiết bị trên mạng. Ví dụ, khi bạn gửi email, duyệt web, truyền tệp qua mạng hay sử dụng các ứng dụng truyền thông khác, TCP sẽ đảm bảo rằng các gói tin dữ liệu được truyền và nhận về sẽ theo đúng thứ tự, đáng tin cậy.
2. Giao tiếp phạm vi rộng (WAN)
TCP là một trong những giao thức quan trọng nhất khi được sử dụng để truyền thông qua các mạng có phạm vi rộng như Internet. Với khả năng đảm bảo tính tin cậy và kiểm soát luồng dữ liệu tốt, TCP chính là nền tảng hữu ích cho việc truyền dữ liệu đi khắp nơi thông qua mạng WAN.
3. Truyền thông tin trong ứng dụng client-server
Trong mô hình client-server, giao thức TCP cũng là nhân tố hàng đầu trong việc thiết lập và duy trì kết nối giữa client với server. Ví dụ như các ứng dụng như email, truyền tệp qua FTP (File Transfer Protocol), trò chuyện trực tuyến và nhiều ứng dụng khác,... hiện nay cũng đều sử dụng TCP để truyền thông tin giữa client và server.
Một số câu hỏi thường gặp về TCP Protocol
Bên cạnh những kiến thức vừa tìm hiểu ở trên, chúng tôi cũng sẽ giúp bạn giải đáp thêm một số câu hỏi dưới đây để bạn có thể hiểu hơn về giao thức TCP.
1. Sự khác biệt giữa TCP và TCP/IP là gì?
Như đã tìm hiểu thì chúng ta cũng biết, TCP (Transmission Control Protocol) là một giao thức chịu trách nhiệm trong việc việc truyền tải dữ liệu một cách tin cậy, có thứ tự và không bị thất lạc.
Trong khi đó, TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) là một bộ giao thức mạng phổ biến được sử dụng trên Internet với mục đích hỗ trợ cho việc giao tiếp giữa các thiết bị trên mạng toàn cầu. Giao thức này bao gồm hai phần chính là TCP có chức năng quản lý truyền tải dữ liệu, phần còn lại là IP dùng để quản lý địa chỉ và định tuyến.
Từ hai khái niệm trên thì ta có thể thấy, TCP chính là một phần của TCP/IP, nhưng TCP/IP lại bao gồm cả TCP và IP cùng với một số giao thức mạng khác, từ đó tạo ra một hệ thống giao tiếp mạng mạnh mẽ và linh hoạt.
2. Có những giao thức nào có thể thay thế TCP?
Mặc dù TCP là một trong những giao thức truyền tải dữ liệu phổ biến nhất và có độ tin cậy cao, nhưng vẫn có một số giao thức khác có thể được sử dụng như là các lựa chọn thay thế tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể của ứng dụng hoặc môi trường mạng, điển hình như:
- SCTP (Stream Control Transmission Protocol): SCTP là giao thức được kết hợp các tính năng của TCP và UDP nên sẽ có khả năng cung cấp tính toàn vẹn dữ liệu, đa luồng và nhanh chóng, đồng thời có khả năng chịu sự cố (failover) tốt hơn trong môi trường mạng không ổn định.
- UDP (User Datagram Protocol): UDP là một giao thức không đảm bảo tính toàn vẹn dữ liệu và cũng không cung cấp bất kỳ cơ chế kiểm tra lỗi hay phục hồi nào. Mặc dù được đánh giá là có khả năng truyền dữ liệu nhanh hơn TCP nhưng UDP lại không thể đảm bảo mọi gói tin đều được đến đích.
3. TCP có thể hoạt động song song với các giao thức khác hay không?
Giao thức TCP có thể hoạt động song song với các giao thức khác trên cùng một kết nối mạng. Ví dụ, TCP có thể được sử dụng cho truyền email trong khi UDP được sử dụng cho streaming video. Điều này cho phép các ứng dụng khác nhau trên cùng một mạng hoạt động hiệu quả với các yêu cầu và đặc điểm riêng của chúng.
4. Làm thế nào để tối ưu hóa hiệu suất TCP?
Tối ưu hóa hiệu suất TCP là một quy trình quan trọng để đảm bảo hiệu suất và độ ổn định của mạng. Dưới đây là một số cách chi tiết để tối ưu hóa hiệu suất TCP:
- Chọn kích thước bộ đệm phù hợp: Kích thước bộ đệm TCP sẽ quyết định đến khả năng dữ liệu mà một máy chủ hoặc thiết bị có thể gửi hoặc nhận mà không cần phải xác nhận từ bên kia. Tuy nhiên thì việc chọn kích thước bộ đệm cũng cần phải phù hợp. Bởi nếu bộ đệm lớn thì có thể giảm thiểu số lần phải chờ đợi xác nhận, nhưng đồng thời cũng sẽ tăng độ trễ. Ngược lại, bộ đệm nhỏ hơn có thể giảm độ trễ nhưng lại là nguy cơ dẫn đến tràn bộ đệm.
- Giảm thiểu overhead: Overhead trong giao thức TCP là những dữ liệu không cần thiết được gửi cùng với dữ liệu thực sự cần, chẳng hạn như các tiêu đề và tùy chọn. Vậy nên, để giảm thiểu overhead thì việc hạn chế sử dụng các tùy chọn TCP không cần thiết và điều chỉnh các tham số cấu hình TCP sao cho phù hợp với môi trường mạng là nhiệm vụ vô cùng quan trọng.
- Sử dụng các kỹ thuật tăng tốc TCP: Có nhiều kỹ thuật tăng tốc TCP như TCP Fast Retransmit, Selective Acknowledgement (SACK) và TCP Window Scaling. TCP Fast Retransmit cho phép tái truyền gói tin bị mất một cách nhanh chóng mà không cần đợi hết thời gian time-out. Vậy nên mà bạn có thể tham khảo để tăng tốc TCP của mình.
- Cài đặt bộ nhớ đệm TCP: Triển khai bộ nhớ đệm TCP trên máy chủ và thiết bị mạng đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện hiệu suất truyền tải dữ liệu. Bằng cách lưu trữ dữ liệu tạm thời trong bộ nhớ đệm TCP, ta có thể giảm tải cho CPU và tăng tốc độ truyền tải một cách hiệu quả nhất.
Trên đây là những thông tin mà Phương Nam Vina muốn chia sẻ về khái niệm TCP là gì, ưu nhược điểm và cách hoạt động của giao thức TCP. Hi vọng các thông tin mà chúng tôi vừa chia sẻ sẽ hỗ trợ cho những ai đang tìm hiểu về giao thức Transmission Control Protocol sẽ có thêm thật nhiều kiến thức để áp dụng cho công việc của mình.
Tham khảo thêm:
VPS là gì? Tất tần tật kiến thức về Virtual Private Server
