Учебно-методическии комплекс дисциплины «Компьютерные сети» для специальности 6М011100 — «Информатика» (стр. 33 )

5. Контроль потока

6.Управление ТСР-соединением

4.Резюме

8. Вопросы для самоконтроля

9. Тесты для самоконтроля знаний

1. ТСР-соединение

Говорят, что протокол 'ГСР осуществляет передачу с установлением логического соединения, поскольку перед началом обмена данными два процесса осуществляют «рукопожатие» — процедуру, заключающуюся в передаче друг другу специальных сегментов, предназначенных для определения параметров обмена данными. Частью процедуры установления TCP-соединения является инициализация переменных состояния, связанных с ТСР-соединением.

TCP-соединение не является «соединением» в том смысле, в каком этот термин употребляется в коммутируемых сетях. Поскольку протокол TCP выполняется на оконечных системах и не выполняется на промежуточных сетевых устройствах (маршрутизаторах и мостах) последние не отслеживаю! состояния TCP-соединения. Более того, маршрутизаторы не «знают» о существовании TCP-соединения: их работа выполняется на уровнедейтаграмм.

TCP-соединение обеспечивает дуплексную передачу данных. Если на двух хостах выполняются соответственно процессы А и В, то данные могут одновременно передаваться как от процесса А к процессу В, так и от процесса В к процессу А. TCP-соединение также называют соединением точка-точка, то есть соединением между единственным приемником и единственным передатчиком.

Теперь давайте подробнее рассмотрим процесс установления ТСР-соединения. Предположим, что процесс, выполняющийся на одном хосте, желает установить соединение с процессом, выполняющимся на другом хосте. Вспомним о том, что процесс, инициирующий соединение, мм договорились называть клиентским, а процесс, с которым устанавливается соединение, — серверным. Сначала клиентский процесс сообщает транспортному уровню своего хоста о том, что необходимо установить соединение с серверным процессом.

Socket clientSocket = new Socket("hostname", portNumber);

Здесь hostname — имя сервера, a portNumber — номер порта, идентифицирующий процесс внутри сервера. Затем транспортный уровень клиента начинает установление TCP-соединения с транспортным уровнем сервера. Эту процедуру мы детально рассмотрим в конце этого раздела, а пока нам достаточно знаггь, что клиент сначала посылает серверу специальный TCP-сегмент, сервер отвечает клиенту другим специальным сегментом, и, наконец, клиент посылает серверу третий специальный сегмент. Первые два сегмента не содержат данных прикладного уровня; третий сегмент может содержать их. Поскольку обмен сегментами входит в процедуру установления соединения, последнюю часто называют тройным рукопожатием.

После того как TCP-соединение установлено, прикладные процессы могут начинать обмен данными. Передача данных от клиента к серверу происходит следующим образом: клиент направляет поток своих данных в сокет («дверь» процесса) Через сокет данные попадают в протокол TCP, выполняющийся на стороне клиента. Как показано на рис. 8.1, TCP направляет эти данные в буфер передачи — один из буферов, создаваемых при выполнении тройного рукопожатия. Время от времени TCP извлекает данные из буфера передачи. Интересной особенностью спецификации TCP (RFC 793) является свобода в выборе моментов отправки данных, находящихся в буфере. Согласно спецификации, протокол TCP должен «передать эти данные в виде сегментов в любой подходящий для этого момент времени». Максимальный объем данных, который может быть извлечен из буфера и помещен в сегмент, ограничивается максимальным размером сегмента (Maximum Segment Size, MSS) Максимальный размер сегмента зависит от реализации протокола TCP (определяется операционной системой) и может бьггь сконфигурирован; наиболее часто используются значения 1500, 536 и 512 байт (размер сегмента часто устанавливается так, чтобы избежать IP-фрагментации) Обратите внимание на то, что максимальный размер относится к данным приложения, содержащимся в сегменте, а не к сегменту вместе с заголовком (такая терминология является несколько запутанной, однако мы вынуждены придерживаться этой терминологии ввиду ее распространенности)

Рис. 8.1. Передающий и приемный буферы протокола TCP

Протокол TCP добавляет заголовок к каждому фрагменту данных, формируя TCP-сегменты. Сегменты передаются сетевому уровню, где заключаются в IP-дейтаграммы. Дейтаграммы пересылаются по сети и принимаются получателем. Когда сегмент оказывается на транспортном уровне, протокол TCP помещает данные сегмента в приемный буфер, как и показано на рисунке. Затем приложение считывает поток данных из буфера.

Итак, TCP-соединение состоит из буферов и переменных на передающей и принимающей сторонах, а также сокетного соединения между сторонами. При этом для соединения не выделяется никаких буферов или переменных на промежуточных сетевых устройствах (маршрутизаторах, мостах и повторителях).

2. Структура TCP-сегмента

Рассмотрев понятие TCP-соединения, давайте обратимся к структуре ТСР-сегмента. TCP-сегмент состоит из поля данных и нескольких полей заголовка. Поле данных содержит фрагмент данных, передаваемых между процессами. Как было показано ранее, размер поля данных ограничивается величиной MSS. Когда протокол осуществляет передачу большого файла (например, изображения, являющегося частью web-страницы), он, как правило, разбивает данные на фрагменты размером MSS (кроме последнего фрагмента, который обычно имеет меньший размер).

Интерактивные приложения, напротив, часто обмениваются данными, объем которых значительно меньше MSS. Например, приложения удаленного доступа к сети, подобные Telnet, могут передать транспортному уровню 1 байт данных. Поскольку обычно длина заголовка ТСР-сегмента составляет 20 байт (на 12 байт больше, чем в UDP), полный размер сегмента в этом случае равен 21 байт.

Рис. 8.2 Структура TCP-сегмента

На рис. 8.2 представлена структура TCP-сегмента. Как и в протоколе UDP, заголовок включает номера портов отправителя и получателя, предназначенные для процедур мультиплексирования и демультиплексирования данных, а также поле контрольной суммы. Кроме того, в состав TCP-сегмента входят еще некоторые поля.

□ 32-разрядные поля порядкового номера и номера подтверждения необходимы для надежной передачи данных, о чем будет сказано ниже.

□ 16-разрядное окно приема используется для управления потоком данных. Мы увидим, что оно содержит количество байтов, которое способна принять принимающая сторона.

□ 4-разрядное поле длины заголовка определяет длину TCP-заголовка в 32-разрядных словах. TCP-заголовок может иметь переменную длину благодаря полю параметров, описанному ниже (как правило, поле параметров является пустым; это означает, что длина заголовка составляет 20 байт).

□ Необязательное поле параметров используется в случаях, когда передающая и принимающая стороны «договариваются» о максимальном размере сегмента, либо для масштабирования окна в высокоскоростных сетях. Также в этом поле определяется параметр временных меток. Дополнительную информацию вы можете найти в документах RFC 854 и RFC 1323.

□ Поле флагов состоит из б бит. Бит подтверждения (АСК) указывает на то, что значение, содержащееся в квитанции, является корректным. Биты RST, SYN и FIN используются для установки и завершения соединения (они рассматриваются в конце этого раздела). Установленный бит PSH указывает на то, что данные сегмента должны быть переданы верхнему уровню принимающей стороны немедленно.

Наконец, бит URG показывает, что в сегменте находятся данные, помещенные верхним уровнем как «срочные». Расположение последнего байта срочных данных указано в 16-разрядном поле указателя срочных данных. На принимающей стороне протокол TCP должен уведомить верхний уровень о наличии срочных данных в сегменте и передать ему указатель на конец этих данных. (На практике флаги PSH, URG и поле указателя срочных данных не используются. Мы упомянули о них лишь для полноты описания.)

Порядковые номера и номера подтверждения

Поля порядкового номера и номера подтверждения являются наиболее важными в заголовке ТСР-сегмента, поскольку играют ключевую роль в функционировании службы надежной передачи данных. Однако перед тем, как рассматривать роль этих полей в механизме надежной передачи, обратимся к величинам, которые протокол TCP помещает в эти поля.

Протокол TCP рассматривает данные как неструктурированный упорядоченный поток байтов. Такой подход проявляется в том, что TCP назначает порядковые номера не сегментам, а каждому передаваемому байту. Исходя из этого, порядковый номер сегмента определяется как порядковый номер первого байта этого сегмента. Рассмотрим следующий пример. Пусть хост А желает переслать поток данных хосту В через TCP-соединение. Протокол TCP на передающей стороне неявно нумерует каждый байт потока. Пусть размер передаваемого файла составляет 500 , величина MSS равна 1000 байт, и первый байт потока имеет порядковый номер 0. Как показано на рис. 3.27, TCP разбивает поток данных на 500 сегментов. Первому сегменту присваивается порядковый номер 0, второму сегменту — номер 1000, третьему сегменту — номер 2000, и т. д. Порядковые номера заносятся в поля порядковых номеров каждого ТСР-сегмента.

Рис. 8.3 Разбиение данных файла на ТСР –сегменты

Теперь рассмотрим номера подтверждения. Вспомним о том, что протокол TCP обеспечивает дуплексную передачу данных, то есть через единственное ТСР-со-единение данные между хостами А и В могут передаваться одновременно в обе стороны. Каждый сегмент, исходящий из хоста В, содержит порядковый номер данных, передающихся от хоста В к хосту А. Номер подтверждения, который хост А помещает в свой сегмент, — это порядковый номер следующего байта, ожидаемого хостом А от хоста В. Рассмотрим следующий пример. Предположим, что хост А получил все байты с номерами от 0 до 535, посланные хостом В, и формирует сегмент для передачи хосту В. Хост А ожидает, что следующие байты, посылаемые хостом В, будут иметь номера, начинающиеся с 536, и помещает число 536 в поле номера подтверждения своего сегмента.