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Le protocole TCP est défini dans le but de fournir un service de transfert de données de haute fiabilité entre deux ordinateurs "maîtres" raccordés sur un réseau de type "paquets commutés", et sur tout système résultant de l'interconnexion de ce type de réseaux.
 
Caractéristiques
 
TCP est un protocole orienté connexion conçu pour s'implanter dans un ensemble de protocoles multicouches, supportant le fonctionnement de réseaux hétérogènes. TCP fournit un moyen d'établir une communication fiable entre deux tâches exécutées sur deux ordinateurs autonomes raccordés à un réseau de données.
Le protocole TCP s'affranchit le plus possible de la fiabilité intrinsèques des couches inférieures de communication sur lesquelles il s'appuie. TCP suppose donc uniquement que les couches de communication qui lui sont inférieures lui procurent un service de transmission de paquet simple, dont la qualité n'est pas garantie.
TCP s'intègre dans une architecture multicouche des protocoles, juste au-dessus du protocole Internet IP. Ce dernier permet à TCP l'envoi et la réception de segments de longueur variable, encapsulés dans un paquet Internet appelé aussi "datagramme". Le datagramme Internet dispose de mécanismes permettant l'adressage des services TCP source et destination, quelle  que soit leur position dans le réseau. Le protocole IP s'occupe aussi de la fragmentation et du réassemblage des paquets TCP lors de la traversée de réseaux de plus faibles caractéristiques.

Le datagramme IP transporte aussi les informations de priorité, fragmentation relatives aux segments TCP.

Interfaces

TCP fournit un service de communication de processus à processus, dans un environnement réseau, il est défini comme un protocole de communication "host to host", c'est à dire de maître à maître (par opposition à "central à terminal"). TCP s'interface avec un processus utilisateur ou applicatif et un protocole de niveau inférieur du type Internet Protocol.

L'interface avec les applicatifs consiste en un ensemble de commandes comme le ferait une application à un système d'exploitation pour la manipulation de fichiers. Par exemple, on trouvera des commandes pour établir et rompre une communication, pour envoyer ou recevoir des données sur une connexion ouverte.
TCP assume un fonctionnement avec un large ensemble de protocoles réseau. Dans ce document, nous nous limiterons au fonctionnement avec IP.

Fonctionnement

TCP est conçu pour fournir un service de transmission de données fiable entre deux machines raccordées sur un réseau de paquets. Pour pouvoir assurer ce service même au dessus d'une couche de protocole moins fiable, les fonctionnalités suivantes sont nécessaires:
- Transfert de données de base
- Correction d'erreur
- Contrôle de flux
- Multiplexage
- Gestion de connexions
- Priorité et Sécurité
Ces fonctionnalités sont décrites en dans les paragraphes qui suivent.

Transfert de données de base

TCP est capable de transférer un flux continu de données entre deux ordinateurs, en découpant ce flux en paquets . En général, TCP décide de lui-même là où le flux de données doit être coupé.
Parfois les utilisateurs ont besoin de savoir que toutes les données soumises à TCP ont bien été émises. La fonction "push" a été prévue a cet effet. Pour s'assurer de la transmission complète de données jusqu'à un point spécifié, l'utilisateur activera la fonction "push" de TCP. Cette fonction oblige TCP à transmettre rapidement les données situées avant le point spécifié vers le destinataire. Il n'est nul besoin de fournir un marqueur spécifique pour ce point, dans la mesure ou le destinataire accepte ces données comme une transmission normale.

Contrôle d'erreur

TCP doit considérer et traiter les cas de données perdues, erronées, dupliquées, ou arrivées dans le désordre à l'autre bout de la liaison Internet. Ceci est réalisé par l'insertion d'un numéro de séquence, et par l'obligation d'émission d'un "accusé de réception" (ACK) par le TCP destinataire. Si l'accusé de réception n'est pas reçu au bout d'un temps prédéfini, le paquet sera réémis. Côté récepteur, les numéros de séquence sont utilisés pour reconstituer dans le bon ordre le flux original, et éliminer les paquets dupliqués. L'élimination des erreurs physiques de transmission se fait par encodage d'un Checksum à l'émission, recalcul de ce Checksum par le destinataire, et élimination des paquets pour les quels les deux valeurs ne correspondent pas.
Tant que TCP fonctionne correctement, et que le réseau Internet n'est pas saturé, aucune faute de transmission ne devrait transparaître dans la communication. TCP est donc sensé récupérer les erreurs de la transmission Internet.

Contrôle de flux

TCP fournit un moyen au destinataire pour contrôler le débit de données envoyé par l'émetteur. Ceci est obtenu en retournant une information de "fenêtre" avec chaque accusé de réception indiquant la capacité de réception instantanée en termes de numéros de séquence. Ce paramètre noté "window" indique le nombre d'octets que l'émetteur peut envoyer avant une autorisation d'émettre ultérieure.

Multiplexage

Pour permettre à plusieurs tâches d'une même machine de communiquer simultanément via TCP, le protocole définit un ensemble d'adresses et de ports pour la machine. Une "socket" est défini par l'association des adresses Internet source, destinataire, ainsi que les deux numéros de port à chaque extrémité. Une connexion nécessite la mise en place de deux sockets. Une socket peut être utilisée par plusieurs connexions distinctes.
L'affectation des ports aux processus est établie par chaque ordinateur. Cependant, il semble judicieux de réserver certains numéros de ports pour des services caractérisés et souvent utilisés. Ces services standards pourront alors être atteints via ces ports "réservés". L'affectation, l'utilisation et l'apprentissage des ports associés à d'autres services moins courants ou propriétaires nécessitera l'utilisation de mécanismes plus dynamiques.

Connexions

Les mécanismes de fiabilisation et de contrôle de flux décrits ci-dessus imposent à TCP l'initialisation et la maintenance de certaines informations pour chaque communication. La combinaison de ces informations, dont les sockets, les fenêtres, et les numéros de séquence formeront ce que nous appelons une connexion. Chaque connexion est identifiée de manière unique par sa paire de sockets, définissant chacun des deux sens de la communication.
Lorsque deux processus désirent communiquer, leur TCP respectifs doivent tout d'abord négocier et établir une connexion (initialiser ces informations d'état de part et d'autre). Lorsque la communication s'achève, elle sera fermée, en libérant ses ressources à d'autres usages.
Dans la mesure où l'on considère que les ordinateurs, ainsi que le réseau Internet n'est pas d'une fiabilité absolue, on utilise une méthode d'initialisation par négociation bilatérale basée sur une horloge pour les numéros de séquence.