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# TCP
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`TCP`, acronimo di *Transmission Control Protocol*, è un protocollo del livello 4 (transport layer) che si distingue per il suo approccio connection-oriented, a differenza di UDP. Questo significa che TCP stabilisce una connessione affidabile tra i processi degli host prima di iniziare lo scambio di informazioni, garantendo così una trasmissione sicura e ordinata.
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## Caratteristiche principali
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- **Connection-Oriented**: prima dell'invio dei dati, TCP stabilisce una connessione tra le due estremità attraverso il meccanismo del `three-way handshake` (`SYN`, `SYN-ACK`, `ACK`). La chiusura della connessione avviene in modo simile, utilizzando un meccanismo che assomiglia a un three-way handshake (`FIN`, `FIN-ACK`, `ACK`)
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- **Affidabilità**: TCP è progettato per ambienti in cui è fondamentale non perdere informazioni. TCP effettua la *rilevazione degli errori* mediante il controllo del checksum, in modo analogo a UDP. Inoltre, garantisce il corretto ordinamento dei segmenti, poiché questi potrebbero pervenire in ordine diverso da quello in cui sono stati inviati. Infine, TCP scarta i pacchetti duplicati, assicurando la precisione e l'integrità dei dati trasmessi
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- **Full Duplex**: la comunicazione è bidirezionale, ovvero i dati possono essere inviati e ricevuti simultaneamente su entrambi i lati della connessione.
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- **Controllo del flusso e della congestione**: TCP regola la velocità di invio dei dati in base alla capacità del ricevente, evitando di sovraccaricarlo. Questa gestione avviene attraverso meccanismi di controllo delle finestre di trasmissione e ricezione. Inoltre, TCP adotta algoritmi per il controllo della congestione, riducendo la velocità di trasmissione in caso di congestione della rete
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## Segmento TCP
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L'header del segmento TCP può variare da 20 byte (minimo) a 60 byte (massimo), e incapsula il payload, ovvero il messaggio generato dall'application layer.
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I campi principali dell'header TCP sono i seguenti:
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- **Porta Sorgente** (16 bit o 2 byte)
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- **Porta Destinazione** (16 bit o 2 byte)
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- **Sequence Number** (`SEQ`) (32 bit o 4 byte): rappresenta il numero del primo byte del segmento TCP trasmesso
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- **Acknowledgment Number** (`ACK`) (32 bit o 4 byte): utilizzato dal destinatario per confermare la ricezione di `n` byte. Se il mittente invia `n` byte di dati, il destinatario risponderà con un un segmento con il campo ACK impostato a `n+1`. Questo valore indica che sono stati ricevuti correttamente `n` byte e che il prossimo byte atteso ha un numero di sequenza con un valore di `n+1`. Il punto di partenza del Sequence Number non è obbligatoriamente 0, ma dipende dall'`ISN` (*Initial Sequence Number*), che viene scelto casualmente tra 0 e 2^32-1
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- **Flags** (6 bit): Ogni bit rappresenta un flag con una funzione specifica.
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- **URG** (Urgent): indica che il campo `Urgent Data Pointer` contiene informazioni importanti che devono essere gestite
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- **PUSH**: il mittente richiede al destinatario di inviare immediatamente i dati all'application layer
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- **ACK**: attivato se il campo Acknowledgment Number contiene un valore valido
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- **SYN**: attivato durante l'instaurazione di una connessione
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- **FIN**: Attivato per segnalare la chiusura della connessione
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- **RST** (Reset): utilizzato per interrompere bruscamente la connessione
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- **Checksum** (16 bit): controllo degli errori nel segmento TCP.
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- **Options** (40 byte): Campo opzionale che può contenere informazioni aggiuntive per la gestione della connessione.
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- **Receive Window** (16 bit): campo utilizzato per la gestione del flusso e delle finestre. Il destinatario indica al mittente la dimensione massima della finestra di ricezione
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## Gestione del flusso
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Il controllo del flusso in TCP viene realizzato tramite il meccanismo delle *finestre*, che aiuta a evitare che il mittente sovraccarichi il destinatario. In particolare:
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- La `Receive Window` (finestra di ricezione) impostata dal destinatario indica quanti byte è in grado di accogliere
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- Il mittente regola la quantità di dati inviati in base a questo valore (`Send Window`), garantendo che il destinatario non venga sopraffatto. La dimensione della finestra di invio può essere dinamica e viene regolata in base alla capacità di ricezione del destinatario e alle condizioni della rete.
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- A livello di invio, la `congestion window` può ulteriormente limitare il flusso in base alle condizioni di rete
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## Apertura della Connessione TCP
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Il processo di apertura di una connessione TCP prevede l'esecuzione del `three-way handshake`, che si compone di tre fasi fondamentali: `SYN`, `SYN/ACK` e `ACK`. Prima di poter trasmettere dati, entrambe le parti devono stabilire un canale di comunicazione; di solito una delle due attiva la richiesta di connessione.
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La comunicazione TCP è *full-duplex*, cioè entrambi gli host possono inviare e ricevere dati simultaneamente. Ogni host gestisce indipendentemente la propria finestra di invio e quella di ricezione.
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### 1. Inizializzazione (SYN)
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- **Host A**:
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- Invia un segmento TCP (chiamato `segmento SYN`) rivolto a B
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- Il segmento contiene un numero di sequenza iniziale (`SEQ`), ad esempio 1001, che identifica il primo byte del segmento TCP trasmesso
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- Viene impostata la flag `SYN` per indicare l'intenzione di stabilire una connessione
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### 2. Risposta (SYN/ACK)
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- **Host B**:
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- Ricevendo il segmento `SYN` di A, decide di rispondere
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- B genera il proprio numero di sequenza iniziale `ISN`, ad esempio 2001
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- Invia a A un segmento contenente il numero di sequenza (`SEQ`) impostato ad esempio a 2001, con la flag `SYN` attiva
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- La flag `ACK` é attiva per confermare di aver ricevuto il segmento inviato da A
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- Il campo `ACK number` viene impostato al valore 2001 (*ISN di A + lunghezza dati + 1*), supponendo che il SEQ di A fosse 1001, e che il segmento TCP di A fosse di 1000 byte
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- Inoltre, B indica il valore della sua `Receive Window`, che servirà ad A per regolarsi nella trasmissione dei dati
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### 3. Conferma (ACK)
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- **Host A**:
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- Riceve il segmento `SYN/ACK` da B
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- In risposta, invia un segmento TCP con il numero di `SEQ` impostato al valore atteso da B (2001)
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- Flag `ACK` attiva e il relativo valore di `ACK number` adeguato, ad esempio 3001, qualora B avesse incluso 1000 byte nel suo segmento (*ISN di B + lunghezza dati + 1*)
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- Un campo `Receive Window` che indica ad B la quantità di dati che A è pronta a ricevere
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