مقدمه:

TCP Handshake یکی از مهم‌ترین مفاهیم در دنیای شبکه است که بدون آن، بسیاری از ارتباطاتی که روزانه در اینترنت برقرار می‌کنیم اصلاً ممکن نمی‌بود. اما برای درک بهتر آن، ابتدا باید بدانیم TCP چیست و چرا تا این حد اهمیت دارد.

TCP یا Transmission Control Protocol یکی از اصلی‌ترین پروتکل‌های اینترنت است که وظیفه‌اش برقراری یک ارتباط پایدار، مطمئن و منظم بین دو دستگاه در شبکه می‌باشد. وقتی شما یک وب‌سایت را باز می‌کنید، یک ایمیل ارسال می‌کنید یا حتی یک فایل دانلود می‌کنید، در پشت‌صحنه همه این ارتباطات، TCP به‌عنوان یک واسطه قابل‌اعتماد، اطلاعات را بین دستگاه شما و سرور مقصد جابه‌جا می‌کند.

در مدل معروف TCP/IP که پایه و اساس اینترنت امروزی است، TCP در لایه انتقال (Transport Layer) قرار دارد. این یعنی درست در میانه راه بین نرم‌افزارها (مثل مرورگر شما) و شبکه‌های فیزیکی (مثل مودم یا روتر)، پروتکلی به نام TCP نشسته است تا اطمینان حاصل کند که اطلاعات بدون خطا، به‌درستی و به ترتیب درست ارسال و دریافت شوند.

اما سؤال اینجاست: چطور TCP این ارتباط را شروع می‌کند؟ اینجاست که TCP Handshake وارد عمل می‌شود — فرآیند دقیقی که TCP برای آغاز ارتباط با دستگاه مقابل طی می‌کند و موضوع اصلی مقاله ماست.

بررسی اجمالی مفهوم Handshake در شبکه‌های کامپیوتری

در دنیای شبکه، زمانی که دو دستگاه (مثلاً یک کامپیوتر و یک سرور) می‌خواهند با یکدیگر ارتباط برقرار کنند، نمی‌توانند بلافاصله شروع به ارسال اطلاعات کنند. قبل از هر چیز، باید مقدمه‌ای از هماهنگی و توافق اولیه بین آن‌ها صورت گیرد تا هر دو طرف مطمئن شوند که برای برقراری ارتباط آماده‌اند. این فرآیند اولیه، همان چیزی است که در علم شبکه به آن Handshake گفته می‌شود.

در ساده‌ترین تعریف، Handshake یک نوع گفت‌وگوی مقدماتی بین دو دستگاه است که طی آن، اطلاعات اولیه‌ای مانند آدرس‌ها، ظرفیت ارسال داده، تنظیمات امنیتی یا نحوه کدگذاری پیام‌ها رد و بدل می‌شود. این فرآیند برای آن طراحی شده تا از بروز اختلال، از دست رفتن اطلاعات یا سوءتفاهم بین دو سیستم جلوگیری شود.

در این میان، یکی از رایج‌ترین و مهم‌ترین انواع handshake که در بسیاری از ارتباطات اینترنتی به کار می‌رود، TCP Handshake است. این نوع handshake در پروتکل TCP انجام می‌شود و سه مرحله‌ی مشخص دارد:

SYN → SYN-ACK → ACK.
در این فرآیند سه‌مرحله‌ای، دو طرف به‌صورت گام‌به‌گام یکدیگر را تأیید می‌کنند و پس از اطمینان کامل، ارتباط واقعی آغاز می‌شود.

اهمیت TCP Handshake در اینجاست که با ایجاد یک توافق قابل اعتماد، جلوی ارسال داده در شرایط ناپایدار را می‌گیرد. یعنی تا وقتی این فرآیند با موفقیت انجام نشده، هیچ داده‌ای منتقل نمی‌شود و همین موضوع دلیل اصلی پایداری و امنیت بالای TCP نسبت به سایر پروتکل‌ها مانند UDP است.به زبان ساده، TCP Handshake همان دست دادن دیجیتالی دو دستگاه است که می‌خواهند ارتباطی مطمئن و منظم را شروع کنند — یک توافق سه‌مرحله‌ای که پایه‌گذار ارتباطی پایدار در اینترنت است.

TCP Handshake چیست؟ آشنایی با فرآیند سه‌مرحله‌ای

برای اینکه ارتباطی مطمئن و پایدار میان دو دستگاه در بستر اینترنت برقرار شود، لازم است که هر دو طرف ابتدا یکدیگر را شناسایی کرده و برای شروع تبادل اطلاعات به توافق برسند. این هماهنگی اولیه دقیقاً همان چیزی است که با TCP Handshake انجام می‌شود.

TCP Handshake یک فرآیند سه‌مرحله‌ای (Three-Way Handshake) است که در آغاز هر ارتباطی مبتنی بر پروتکل TCP اجرا می‌شود. این مراحل با دقت طراحی شده‌اند تا از صحت و سلامت ارتباط قبل از ارسال داده‌ها اطمینان حاصل شود. در ادامه، با هر سه مرحله این فرآیند آشنا می‌شویم:

مرحله اول: ارسال پیام SYN

ارتباط از سمت کلاینت (درخواست‌دهنده) آغاز می‌شود. کلاینت یک پیام با نام SYN (مخفف Synchronize) به سرور ارسال می‌کند. این پیام حاوی اطلاعات اولیه‌ای مانند شماره توالی (Sequence Number) است و اعلام می‌کند که کلاینت آماده برقراری اتصال است.

مرحله دوم: پاسخ SYN-ACK

سرور پس از دریافت پیام SYN، اگر برای اتصال آماده باشد، در پاسخ یک پیام ترکیبی به نام SYN-ACK ارسال می‌کند. در این پیام، سرور هم موافقت خود را برای اتصال اعلام می‌کند (با SYN) و هم دریافت موفق پیام قبلی را تأیید می‌کند (با ACK).

مرحله سوم: تأیید نهایی با ACK

کلاینت پس از دریافت پیام SYN-ACK، یک پیام تأیید به نام ACK به سرور می‌فرستد. با دریافت این پیام، سرور متوجه می‌شود که handshake کامل شده و ارتباط به‌صورت رسمی برقرار شده است. از این لحظه، تبادل داده بین کلاینت و سرور آغاز می‌شود.

چرا این فرآیند اهمیت دارد؟

فرآیند TCP Handshake تضمین می‌کند که:

• هر دو طرف برای ارتباط آماده هستند؛

• مسیر ارتباط بدون مشکل است؛

• اطلاعات به ترتیب درست و بدون خطا منتقل خواهد شد.

بدون اجرای صحیح این سه مرحله، هیچ داده‌ای بین کلاینت و سرور منتقل نمی‌شود. این مکانیزم یکی از دلایل اصلی امنیت، پایداری و قابلیت اعتماد بالای TCP در مقایسه با پروتکل‌هایی مانند UDP است.

نقش TCP Handshake در ایجاد اتصال پایدار و قابل اطمینان

یکی از دلایلی که پروتکل TCP را به انتخاب اول برای انتقال داده‌های حساس و حیاتی در اینترنت تبدیل کرده، توانایی آن در تضمین پایداری و اطمینان ارتباط است. این ویژگی دقیقاً از جایی آغاز می‌شود که TCP Handshake وارد عمل می‌شود.

در دنیای واقعی، اگر بخواهید با کسی گفت‌وگو کنید، ابتدا باید مطمئن شوید او صدای شما را می‌شنود، آماده پاسخ است، و شما هم حرف‌هایش را متوجه می‌شوید. در دنیای دیجیتال نیز چنین اصولی برقرار است. TCP Handshake این نقش را ایفا می‌کند و شرایطی فراهم می‌آورد که دو سیستم، با تأیید متقابل، بدون هیچ ابهام یا خطایی با هم وارد ارتباط شوند.

چرا TCP Handshake باعث ثبات ارتباط می‌شود؟

در فرآیند سه‌مرحله‌ای TCP Handshake، قبل از ارسال هرگونه داده واقعی، چندین لایه از بررسی و تأیید انجام می‌شود:

1. هر دو طرف (کلاینت و سرور) ابتدا آمادگی خود را برای ارتباط اعلام می‌کنند.

2. شماره‌های توالی (Sequence Numbers) رد و بدل می‌شوند تا ترتیب بسته‌های اطلاعاتی در آینده قابل‌پیگیری باشد.

3. ظرفیت هر طرف برای دریافت داده‌ها تعیین می‌شود (از طریق پارامترهای Window Size).

همین ساختار دقیق باعث می‌شود که ارتباط از همان ابتدا بر پایه‌ شفافیت، هماهنگی و اطمینان بنا شود.

نقش امنیتی TCP Handshake چیست؟

TCP Handshake همچنین نقش مهمی در جلوگیری از ارتباطات نابه‌جا، حملات سایبری و خطاهای انتقال ایفا می‌کند. چون ارتباط تنها زمانی آغاز می‌شود که هر دو طرف مراحل handshake را با موفقیت طی کرده باشند، بسیاری از انواع حملات ساده مانند ارسال ناگهانی داده از سمت منابع ناشناس، ناکام می‌مانند.

هرچند این handshake به‌تنهایی کافی برای مقابله با همه تهدیدها نیست، اما پایه‌ای قوی برای ایجاد ارتباطات امن است. حتی بسیاری از پروتکل‌های امنیتی بالاتر (مثل TLS) نیز بر بستر همین مکانیزم ساخته می‌شوند.

TCP Handshake فقط یک مرحله فنی نیست؛ یک توافق‌نامه دیجیتال است که با دقت طراحی شده تا قبل از شروع هر ارتباط، اطمینان حاصل شود که دو طرف واقعاً برای انتقال داده‌ها آماده‌اند. همین دقت در آغاز ارتباط، به TCP این توانایی را داده تا دهه‌ها در بطن اینترنت، پشتیبان اصلی ارتباطات پایدار و مطمئن باقی بماند.

دیاگرام فرآیند

برای درک بهتر عملکرد TCP Handshake، مشاهده یک دیاگرام ساده می‌تواند بسیار مفید باشد. در تصویر بالا، فرآیند برقراری ارتباط بین یک کلاینت (سمت چپ) و یک سرور (سمت راست) در قالب سه پیام متوالی نمایش داده شده است:

1. SYN (از کلاینت به سرور):
   کلاینت برای شروع ارتباط، یک پیام SYN ارسال می‌کند. این پیام نشان‌دهنده درخواست اتصال و شامل اطلاعاتی مانند شماره توالی اولیه است.

2. SYN-ACK (از سرور به کلاینت):
   سرور پس از دریافت SYN، در صورت آمادگی برای ارتباط، یک پیام ترکیبی SYN-ACK ارسال می‌کند. این پیام هم دریافت SYN را تأیید می‌کند (ACK) و هم درخواست اتصال خودش را مطرح می‌کند (SYN).

3. ACK (از کلاینت به سرور):
   کلاینت در پاسخ به SYN-ACK، یک پیام ACK می‌فرستد تا تأیید نهایی انجام شود. پس از این مرحله، اتصال TCP به‌طور رسمی برقرار می‌شود و تبادل داده می‌تواند آغاز گردد.

این فرآیند ساده اما دقیق، پایه و اساس بسیاری از ارتباطات اینترنتی است. بدون TCP Handshake، هیچ تضمینی برای دریافت صحیح و کامل اطلاعات وجود نداشت. این مکانیزم ابتدایی اما ضروری، تضمین‌کننده پایداری، ترتیب صحیح و اطمینان ارتباط در شبکه‌های TCP/IP است.

چه زمانی و در کجا از TCP Handshake استفاده می‌شود؟

TCP Handshake به‌عنوان نقطه شروع تمامی ارتباطات مبتنی بر پروتکل TCP، تقریباً در هر فعالیتی که نیاز به انتقال مطمئن داده در اینترنت یا شبکه‌های محلی دارد، مورد استفاده قرار می‌گیرد. این handshake فقط یک فرآیند تئوریک در کتاب‌های شبکه نیست، بلکه هر روز و هر لحظه در پشت‌صحنه کارهایی که ما انجام می‌دهیم، فعال است.

در ادامه به برخی از کاربردهای واقعی TCP Handshake اشاره می‌کنیم:

۱. مرور وب (HTTP/HTTPS)

وقتی شما یک وب‌سایت را در مرورگر خود باز می‌کنید، مرورگر ابتدا باید به سرور وب‌سایت متصل شود. این اتصال با استفاده از TCP انجام می‌شود و پیش‌نیاز آن، TCP Handshake است. تا زمانی که این handshake کامل نشود، حتی اولین بایت از محتوای سایت نیز به شما نمایش داده نمی‌شود.

۲. ارسال و دریافت ایمیل

پروتکل‌هایی مانند SMTP، IMAP و POP3 که برای ارسال و دریافت ایمیل به کار می‌روند، بر پایه TCP ساخته شده‌اند. بنابراین، هر بار که شما ایمیل جدیدی باز می‌کنید یا پیامی ارسال می‌کنید، در پشت‌صحنه، TCP Handshake ارتباط بین دستگاه شما و سرور ایمیل را برقرار کرده است.

۳. انتقال فایل‌ها (FTP، SFTP)

برای دانلود یا آپلود فایل از طریق FTP یا SFTP، ابتدا باید یک اتصال TCP برقرار شود. این اتصال هم مثل همیشه با اجرای TCP Handshake آغاز می‌شود تا اطمینان حاصل شود که ارتباط قابل اعتماد است و داده‌ها به‌درستی منتقل می‌شوند.

۴. تماس‌های صوتی یا تصویری در برخی اپلیکیشن‌ها

هرچند بسیاری از تماس‌های آنلاین از پروتکل UDP استفاده می‌کنند، اما اپلیکیشن‌هایی که کیفیت و پایداری ارتباط برایشان اولویت بالاتری دارد (مثل Microsoft Teams یا برخی تماس‌های داخل Slack)، ممکن است برای شروع تماس یا مدیریت اتصال، از TCP استفاده کنند. در این مواقع هم، TCP Handshake نقش اساسی دارد.

۵. اتصال به پایگاه داده‌ها (Database Connections)

در بسیاری از نرم‌افزارهای تحت وب، ارتباط بین سرور و پایگاه داده (مثلاً MySQL، PostgreSQL) از طریق TCP برقرار می‌شود. در این حالت، هر بار که اپلیکیشن نیاز به دریافت یا ذخیره داده دارد، باید ابتدا از طریق TCP Handshake به پایگاه داده متصل شود.TCP Handshake تقریباً در همه‌جای اینترنت حضور دارد. هر جا که نیاز به انتقال داده با تضمین صحت، ترتیب درست و اطمینان از تحویل باشد، TCP وارد عمل می‌شود و نخستین گام آن، اجرای دقیق همین handshake سه‌مرحله‌ای است. از ساده‌ترین کارها مانند باز کردن یک سایت تا تبادل داده‌های پیچیده در دیتاسنترها، این مکانیزم بی‌صدا اما حیاتی همیشه در جریان است.

تفاوت TCP و UDP در ایجاد ارتباط بین دو سیستم

برای انتقال داده‌ها در شبکه، دو پروتکل معروف در لایه انتقال استفاده می‌شوند: TCP و UDP. هر دو هدف مشابهی دارند—یعنی جابه‌جایی اطلاعات بین دو نقطه در شبکه—اما روش آن‌ها کاملاً متفاوت است؛ به‌ویژه وقتی صحبت از برقراری اتصال باشد، تفاوت‌ها برجسته‌تر می‌شوند.

TCP: ارتباط مبتنی بر اطمینان و کنترل

پروتکل TCP (Transmission Control Protocol) از TCP Handshake برای آغاز ارتباط استفاده می‌کند. همان‌طور که در بخش‌های قبلی دیدیم، این handshake سه‌مرحله‌ای (SYN، SYN-ACK، ACK) قبل از هرگونه تبادل داده انجام می‌شود تا:

• ارتباط دو طرفه‌ای با تأیید متقابل برقرار شود،

• ترتیب بسته‌ها حفظ شود،

• در صورت گم شدن یا خراب شدن داده، بازارسال انجام شود،

• و در نهایت ارتباطی قابل اعتماد، پایدار و کنترل‌شده برقرار گردد.

به همین دلیل، TCP گزینه‌ای مناسب برای کاربردهایی است که صحت و ترتیب داده‌ها حیاتی است؛ مانند وب‌گردی، ارسال ایمیل یا انتقال فایل.

UDP: سرعت بدون تضمین

در مقابل، UDP (User Datagram Protocol) به هیچ handshake یا تأیید اولیه‌ای نیاز ندارد. این پروتکل داده‌ها را بلافاصله و بدون انتظار برای پاسخ، ارسال می‌کند. این ویژگی باعث می‌شود UDP سریع‌تر اما کم‌اطمینان‌تر باشد. هیچ تضمینی وجود ندارد که بسته‌ها به مقصد برسند، به ترتیب صحیح باشند یا تکراری نباشند.

با این حال، در مواردی که سرعت مهم‌تر از دقت است، مانند استریم ویدیو، تماس صوتی، بازی‌های آنلاین یا پخش زنده، UDP انتخاب بهتری است.

مقایسه

TCP برای شروع هر ارتباط، از فرآیند سه‌مرحله‌ای TCP Handshake استفاده می‌کند. این handshake تضمین می‌کند که هر دو طرف برای ارسال و دریافت داده آماده هستند. در مقابل، UDP هیچ handshake اولیه‌ای انجام نمی‌دهد و بلافاصله شروع به ارسال داده می‌کند؛ به همین دلیل به آن پروتکل “بدون اتصال” (Connectionless) می‌گویند.

در TCP، هر بسته اطلاعاتی دارای شماره توالی (Sequence Number) است. این شماره‌ها باعث می‌شوند بسته‌ها به همان ترتیبی که ارسال شده‌اند، در مقصد دوباره مرتب شوند. اما در UDP، چنین مکانیسمی وجود ندارد، و ممکن است بسته‌ها خارج از ترتیب برسند یا حتی گم شوند.TCP دارای قابلیت تشخیص و تصحیح خطا است. اگر بسته‌ای گم شود یا خراب برسد، TCP آن را دوباره ارسال می‌کند. این ویژگی یکی از دلایلی است که TCP Handshake و کل پروتکل TCP برای ارتباط‌های حیاتی مثل انتقال فایل یا ارسال ایمیل مناسب هستند. در مقابل، UDP هیچ نوع کنترل خطا یا تأیید دریافت ندارد.به‌دلیل مکانیسم‌های بررسی، تأیید و تصحیح خطا، TCP نسبت به UDP کندتر است. در UDP، چون هیچ چک و تأییدی در کار نیست، سرعت ارسال داده بسیار بالاتر است؛ به همین دلیل در کاربردهایی مثل تماس‌های صوتی یا ویدئویی که تأخیر پایین مهم‌تر از دقت است، از UDP استفاده می‌شود.در کاربردهایی که اطمینان از تحویل درست داده‌ها ضروری است—مثل مرور وب (HTTP/HTTPS)، ایمیل (SMTP/IMAP) یا انتقال فایل (FTP)—پروتکل TCP و در نتیجه TCP Handshake مورد استفاده قرار می‌گیرد. اما در کاربردهایی که تأخیر پایین مهم‌تر است و از بین رفتن بخشی از داده‌ها قابل قبول است—مثل بازی‌های آنلاین یا پخش زنده—UDP انتخاب بهتری است.

تهدیدهای امنیتی در فرآیند TCP Handshake

با وجود اینکه TCP Handshake مکانیزمی دقیق برای برقراری ارتباط مطمئن در شبکه است، اما همین فرآیند می‌تواند هدف برخی حملات سایبری قرار بگیرد. در واقع، هکرها می‌توانند از ویژگی‌های handshake سوءاستفاده کرده و سیستم‌ها را دچار اختلال کنند. در ادامه، به دو نمونه رایج از این تهدیدها اشاره می‌کنیم:

۱. حمله SYN Flood

در حمله SYN Flood، مهاجم تعداد زیادی پیام SYN به سرور ارسال می‌کند اما عمداً مرحله‌های بعدی handshake (یعنی پاسخ ACK) را انجام نمی‌دهد. سرور برای هر درخواست SYN یک اتصال نیمه‌کاره (نیمه‌باز) نگه می‌دارد و منتظر تأیید می‌ماند.

اگر تعداد این درخواست‌های جعلی زیاد باشد، ظرفیت حافظه یا پردازش سرور پر می‌شود و دیگر نمی‌تواند به درخواست‌های واقعی پاسخ دهد. این حمله یکی از رایج‌ترین انواع حملات Denial of Service (DoS) است که مستقیماً فرآیند TCP Handshake را هدف قرار می‌دهد.

حمله TCP Spoofing

در حمله TCP Spoofing، مهاجم وانمود می‌کند که یک دستگاه معتبر در شبکه است و فرآیند TCP Handshake را با اطلاعات جعلی اجرا می‌کند. اگر موفق شود، ممکن است بتواند داده‌های حساس را شنود کند یا حتی در جریان ارتباط وارد شود و داده‌ها را تغییر دهد.

برای مقابله با این نوع تهدیدات، راهکارهایی مانند فایروال‌های Stateful، فیلترینگ SYN، و استفاده از مکانیزم‌های تأیید هویت در لایه‌های بالاتر شبکه به‌کار گرفته می‌شوند.

امنیت نسبی اما نه مطلق

در حالی که TCP Handshake یکی از امن‌ترین روش‌ها برای برقراری ارتباط در لایه انتقال است، اما بدون کنترل‌های امنیتی اضافی در برابر تهدیدات پیچیده مقاوم نیست. آگاهی از این آسیب‌پذیری‌ها می‌تواند به طراحی بهتر زیرساخت‌های شبکه کمک کند.

جمع‌بندی:

در دنیایی که میلیاردها ارتباط در هر ثانیه در حال وقوع است، وجود یک مکانیزم ابتدایی اما دقیق و قابل اطمینان برای شروع ارتباط، ضروری است. TCP Handshake این نقش حیاتی را ایفا می‌کند. این فرآیند سه‌مرحله‌ای تضمین می‌کند که:

• دو طرف واقعاً آماده ارتباط هستند؛

• مسیر ارتباطی پایدار و کنترل‌شده است؛

• انتقال داده با اطمینان، ترتیب صحیح و قابلیت بازیابی خطا انجام می‌شود.

با اینکه پروتکل‌های جدیدتری برای کاربردهای خاص طراحی شده‌اند، اما TCP و TCP Handshake همچنان ستون فقرات ارتباطات قابل اعتماد در اینترنت باقی مانده‌اند. از باز کردن یک صفحه وب گرفته تا انجام تراکنش‌های مالی یا ارسال ایمیل، همه این فعالیت‌ها به لطف handshake سه‌مرحله‌ای TCP، با اطمینان انجام می‌شوند.