Сидни Фейт - TCP/IP Архитектура, протоколы, реализация (включая IP версии 6 и IP Security)

Механизм срочных данных (urgent data) маркирует специальную информацию в сегменте как срочную. Этим TCP сообщает своему партнеру, что сегмент содержит срочные данные, и может указать, где они находятся. Партнер должен переслать эту информацию в приложение назначения как можно скорее.

Клиент должен идентифицировать службу, к которой он хочет получить доступ. Это выполняется через спецификацию IP-адреса службы хоста и его номера порта TCP. Как и для UDP, номера портов TCP находятся в диапазоне от 0 до 65 535. Порты в диапазоне от 0 до 1023 называются общеизвестными (well-known) и используются для доступа к стандартным службам.

Несколько примеров общеизвестных портов и соответствующих им приложений показано в таблице 10.1. Службы Discard (порт 9) и chargen (порт 19) являются TCP-версиями уже известных нам по UDP служб. Нужно помнить, что трафик на порт 9 протокола TCP полностью изолирован от трафика на порт 9 протокола UDP.

Таблица 10.1 Общеизвестные порты TCP и соответствующие им приложения

Что можно сказать о портах, используемых клиентами? В редких случаях клиент работает не через общеизвестный порт. Но в таких ситуациях, желая открыть соединение, он часто запрашивает у операционной системы присвоения ему неиспользуемого и незарезервированного порта. В конце соединения клиент обязан возвратить этот порт обратно, после чего порт может быть использован повторно другим клиентом. Поскольку в пуле нерезервированных номеров существует более 63 000 портов TCP, ограничения на порты для клиентов можно не учитывать.

Как мы уже знаем, комбинация IP-адреса и порта для коммуникации называется адресом socket. Соединение TCP полностью идентифицируется адресом socket на каждом конце данного соединения. На рис. 10.4 показано соединение между клиентом с адресом socket (128.36.1.24, порт = 3358) и сервером с адресом socket (130.42.88.22, порт = 21).

Рис. 10.4.Адреса socket

Заголовок каждой датаграммы содержит IP-адреса источника и назначения. В дальнейшем будет видно, что номера портов источника и назначения указываются в заголовке сегмента TCP.

Обычно сервер способен одновременно управлять несколькими клиентами. Уникальные адреса socket сервера присваиваются одновременно всем его клиентам (см. рис. 10.5).

Рис. 10.5.Несколько клиентов соединены с адресами socket сервера

Поскольку датаграмма содержит сегмент соединения TCP, идентифицирующийся IP-адресами и портами, серверу очень просто отслеживать несколько соединений с клиентами.

В этом разделе мы рассмотрим механизм TCP, используемый для надежной доставки данных при сохранении порядка пересылки и исключения потерь либо дублирования.

Для обеспечения надежной пересылки данных в TCP используются нумерация (numbering) и подтверждение (acknowledgment — ACK). Схема нумерации TCP несколько необычна: каждый пересылаемый по соединению октет рассматривается как имеющий порядковый номер. Заголовок сегмента TCP содержит порядковый номер первого октета данных этого сегмента .

От приемника требуется подтверждение получения данных. Если ACK не приходит за интервал тайм-аута, данные передаются повторно. Этот способ называется позитивным подтверждением с ретрансляцией (positive acknowledgment with retransmission).

Получатель данных TCP проводит строгий контроль входящих порядковых номеров, чтобы проверить последовательность получения данных и отсутствие потерянных частей. Поскольку ACK случайным образом может быть потерян или задержан, к получателю могут поступить дублированные сегменты. Порядковые номера позволяют определить дублирование данных, которые далее отбрасываются.

На рис. 10.6 показан упрощенный взгляд на тайм-аут и повторную пересылку в TCP.

Рис. 10.6.Тайм-аут и повторная пересылка в TCP

Как показано на рис. 10.7, первые несколько полей заголовка TCP предоставляют место для значений портов источника и назначения, порядкового номера первого байта вложенных данных и ACK, равного порядковому номеру следующего байта, ожидаемого на другом конце. Другими словами, если TCP от своего партнера получит все байты до 30-го, в этом поле будет значение 31, указывающее сегмент, который следует переслать далее.

Рис. 10.7.Начальные значения в полях заголовка TCP

Нельзя не отметить одну маленькую деталь. Предположим, что TCP переслал байты от 1 до 50 и более уже нет данных для отправки. Если от партнера поступают данные, TCP обязан подтвердить их получение, для чего пошлет заголовок без подключенных к нему данных. Естественно, в этом заголовке присутствует значение ACK. В поле последовательности — значение 51, т.е. номер следующего байта, который намеревается послать TCP. Когда TCP пошлёт следующие данные, новый заголовок TCP также будет иметь в поле последовательности значение 51.

Каким образом два приложения соединяются между собой? Перед коммуникацией каждое из них вызывает подпрограмму для формирования блока памяти, который будет использован для хранения параметров TCP и IP данного соединения, например адресов socket, текущего порядкового номера, начального значения времени жизни и т.д.

Серверное приложение ожидает появления клиента, который, желая получить доступ к серверу, выдает запрос на соединение (connect), идентифицирующий IP-адрес и порт сервера.

Существует одна техническая особенность. Каждая сторона начинает нумерацию каждого байта не с единицы, а со случайного порядкового номера (далее мы узнаем, для чего это делается). Исходная спецификация дает совет: начальный порядковый номер генерировать на основе 32-разрядного внешнего таймера, увеличивающего значения примерно каждые 4 мкс.