Эндрю Уэзеролл - Компьютерные сети. 5-е издание

Управление потоком в протоколе TCP осуществляется при помощи скользящего окна переменного размера. Поле Размер окна сообщает, сколько байт может быть послано после байта, получившего подтверждение. Значение поля Размер окна может быть равно нулю, это означает, что все байты вплоть до Номер подтверждения -1 получены, но получатель еще не обработал эти данные, и поэтому остальные байты он пока принять не может. Разрешение на дальнейшую передачу может быть получено путем отправки сегмента с таким же значением поля Номер подтверждения и ненулевым значением поля Размер окна .

В главе 3 мы обсуждали протоколы, в которых подтверждения приема кадров были связаны с разрешениями на продолжение передачи. Эта связь была следствием жестко закрепленного размера скользящего окна в этих протоколах. В ТСР подтверждения отделены от разрешений на передачу данных. В сущности, приемник может сказать: «Я получил байты вплоть до k-го, но я сейчас не хочу продолжать прием данных». Такое разделение (выражающееся в скользящем окне переменного размера ) придает протоколу дополнительную гибкость. Ниже мы обсудим этот аспект более детально.

Поле Контрольная сумма служит для повышения надежности. Как и в случае UDP, оно содержит контрольную сумму заголовка, данных и псевдозаголовка. Но в отличие от UDP псевдозаголовок этого поля содержит номер протокола TCP (6), а контрольная сумма является обязательной. Для более подробной информации см. раздел 6.4.1.

Поле Параметры предоставляет дополнительные возможности, не покрываемые стандартным заголовком. Существует множество параметров и некоторые из них широко используются. Они имеют разную длину, кратную 32 битам (лишнее место заполняется нулями), и могут доходить до отметки в 40 байт — максимального размера заголовка TCP. При установлении соединения факультативные поля могут использоваться для того, чтобы договориться с противоположной стороной или просто сообщить ей о характеристиках этого соединения. Существуют поля, сохраняющиеся в течение всего времени жизни соединения. Все факультативные поля имеют формат Тип-Длина-Значение.

С помощью одного из таких полей каждый хост может указать максимальный размер сегмента( MSS, Maximum Segment Size), который он может принять. Чем больше размер используемых сегментов, тем выше эффективность, так как при этом снижается удельный вес накладных расходов в виде 20-байтных заголовков, однако не все хосты способны принимать очень большие сегменты. Хосты могут сообщить друг другу максимальный размер сегмента во время установки соединения. По умолчанию этот размер равен 536 байтам. Все хосты обязаны принимать TCP-сегменты размером 536 + 20 = 556 байт. Для каждого из направлений может быть установлен свой максимальный размер сегмента.

Для линий с большой скоростью передачи и/или большой задержкой окно размером в 64 Кбайт, соответствующее 16-битному полю, оказывается слишком маленьким. Так, для линии OC-12 (приблизительно 600 Мбит/с) полное окно может быть передано в линию менее чем за 1 мс. Если значение времени распространения сигнала в оба конца составляет 50 мс (что типично для трансконтинентального оптического кабеля), 98 % времени отправитель будет заниматься ожиданием подтверждения. Больший размер окна мог бы улучшить эффективность. Параметр масштаб окнапозволяет двум хостам договориться о масштабе окна при установке соединения. Это число позволяет обеим сторонам сдвигать поле Размер окна до 14 разрядов влево, обеспечивая расширение размера окна до 230 байт (1 Гбайт). Большинство реализаций протокола TCP поддерживают эту возможность.

Для меток времени, передаваемых от отправителя к получателю и обратно, существует одноименный параметр. Если во время настройки соединения этот параметр решено было использовать, он добавляется в каждый пакет. Он позволяет получить данные о круговой задержке, которые, в свою очередь, используются для определения потери пакетов. Также он используется в качестве логического расширения 32-битного порядкового номера. При быстром соединении порядковые номера могут проходить полный круг очень быстро, и в результате новые и старые данные будет невозможно отличить. Детектирование повторного использования порядковых номеров( PAWS, Protection Against Wrapped Sequence numbers) удаляет сегменты со старыми метками времени, позволяя избежать этой проблемы. Наконец, с помощью выборочного подтверждения( SACK, Selective ACKnowledgement) получатель может сообщать отправителю диапазоны порядковых номеров доставленных пакетов. Этот параметр является дополнением к Номеру подтверждения и используется в случаях, когда после потери пакета данные все равно были доставлены (возможно, в виде копии). Новые данные не отражены в поле заголовка Номер подтверждения , так как оно содержит только следующий по порядку ожидаемый байт. Если использовать выборочное подтверждение, отправитель всегда будет знать, какие данные есть у получателя, и сможет выполнять повторную передачу только тогда, когда это действительно нужно. Выборочное подтверждение описано в RFC 2108 и RFC 2883. В последнее время эта схема используется все чаще. О ее применении при контроле перегрузки мы поговорим в разделе 6.5.10.

6.5.5. Установка TCP-соединения

В протоколе TCP соединения устанавливаются с помощью «тройного рукопожатия». Чтобы установить соединение, одна сторона (например, сервер) пассивно ожидает входящего соединения, выполняя базовые операции LISTEN и ACCEPT, либо указывая конкретный источник, либо не указывая его.

Другая сторона (например, клиент) выполняет операцию CONNECT, указывая IP-адрес и порт, с которым она хочет установить соединение, максимальный размер TCP-сегмента и, по желанию, некоторые данные пользователя (например, пароль). Примитив CONNECT посылает TCP-сегмент с установленным битом SYN и сброшенным битом ACK и ждет ответа.

Когда этот сегмент прибывает в пункт назначения, TCP-подсистема проверяет, выполнил ли какой-нибудь процесс операцию LISTEN, указав в качестве параметра тот же порт, который содержится в поле Порт получателя. Если такого процесса нет, она отвечает отправкой сегмента с установленным битом RST для отказа от соединения.

Рис. 6.32. Установка TCP-соединения в нормальном случае (а); одновременная установка соединения обеими сторонами (б)