Лекции 4. Лекция 4 Функциональность протоколов tcp и udp

• Название: Лекция 4 Функциональность протоколов tcp и udp
• Дата: 19.09.2022
• Размер: 0.5 Mb.
• Имя файла: Лекции 4.docx
• Тип: Лекция; #684017
• страница: 5 из 14

Механизмы обеспечения достоверности передаваемых данных

Протокол ТСР должен уметь работать с поврежденными, потерянными, дублированными или поступившими с изменением порядка пакетами. Это достигается благодаря механизму присвоения порядкового номера каждому передаваемому пакету данных и механизму проверок получения пакетов подтверждения доставки.

Когда TCP передает сегмент данных, копия этих данных помещается в очередь повтора передачи и запускается таймер ожидания подтверждения. Когда система получает подтверждение - сегмент TCP, содержащий управляющий флаг АСК, что этот пакет данных получен, она удаляет его из очереди. Сегмент подтверждения получения содержит номер полученного сегмента, на основании которого и происходит контроль доставки данных адресату. Если подтверждение не поступило до истечения срока таймера, пакет отправляется еще раз. Уведомление TCP о получении пакета данных еще не означает, что он был доставлен конечному пользователю. Оно только означает, что TCP выполнил возложенные на него функции.

При передаче информации каждому байту данных присваивается порядковый номер, поэтому, в какой бы последовательности эти пакеты не достигали точки назначения, они всегда будут собраны в изначально заданной последовательности. Порядковый номер первого байта данных в передаваемом сегменте называется порядковым номером сегмента. Нумерация проводится "с головы состава", т. е. от заголовка пакета. TCP-пакет также содержит "подтверждающий номер" (acknowledgment number), который представляет собой номер следующего ожидаемого пакета данных передачи в обратном направлении. Иными словами, номер обозначает: "до сих пор я все получил". Механизм с использованием "подтверждающего номера" позволяет исключать дублирование пакетов при повторной отправке недоставленных данных.

Кроме определения порядка следования информационных пакетов, "порядковый номер" играет большую роль в механизме синхронизации соединения и контроле потерянных пакетов при разрывах соединения. Однако необходимо помнить, что величина счетчика - нумератора все же ограничена. Пакеты могут нумероваться числами от 0 до 2(32-1). Таким образом, все арифметические операции со счетчиком пакетов производятся по модулю 232. Это не означает, что гнезда, в процессе соединения, могут обмениваться только ограниченным количеством пакетов. Поскольку в процессе обмена получатель и отправитель знают предыдущий, последующий номера пакетов и длину пакета, а эти величины хранятся в структуре ТСВ при образовании соединения, все операции сравнения по модулю 232 проводятся корректно.

Здесь стоит сказать несколько слов о механизме предотвращения появления в сети пакетов с одинаковыми номерами. Они могут появиться, например, при установлении и быстром сбросе соединения или при сбросе соединения и его быстром восстановлении, т. е. когда номер испорченного пакета может сразу использоваться новым пакетом данных. Механизм предотвращения подобных ситуаций основан на генерировании начального числа последовательности пакетов, а поскольку счетчик циклический, то не все ли равно, с какого места начинать отсчет.

Так, при установлении нового соединения генерируется 32-битное число ISN (Initial Sequence Number). Генератор использует 32 младших разряда машинного таймера, который меняется каждые 4 микросекунды (полный цикл - 4,55 часа). Это число и служит отсчетом нумератора пакетов. Кроме того, каждая дейтаграмма в сети имеет ограниченное время жизни MSL - Maximum Life Time, которое значительно меньше периода генератора. Таким образом, в сети гарантируется невозможность возникновения конфликтов пакетов с одинаковыми номерами.

Поврежденные пакеты отсеиваются механизмом проверки величины контрольной суммы данных, которая размещается в каждом передаваемом пакете.

Механизм контроля потока данных

Протокол TCP позволяет получателю последовательности пакетов регулировать передаваемый отправителем поток данных. Этот механизм основан на том, что при передаче флага подтверждения получения пакета (АСК) в ТСР-сегменте передается размер буфера данных, который может быть передан отправителем, не дожидаясь разрешения на отправку очередной порции данных от получателя. Иными словами - передается размер свободного места в стеке протокола, куда записываются только что принятые и ожидающие дальнейшей обработки данные. Из стека данные обрабатываются и передаются соответствующим процессам. Этот механизм позволяет избегать "пробок" при передаче данных между системами различной производительности.

"Окно" задается в количестве байт, отсчитываемых от номера байта, заданного в поле номера пакета "подтвержденного получения" (acknowledgment number) данных. Нулевой размер окна означает для отправителя команду приостановить передачу до готовности принимать данные получателем. Необходимо заметить, что в этом случае отправитель посылает однобайтные пакеты и на основании информации пакетов подтверждения возобновляет или нет дальнейшую передачу данных.

Безусловно, большой размер окна позволяет передавать данные быстрее, поскольку отправителю пакета не нужно ждать сигнала готовности приема от получателя. Однако в случае сбоя передачи, соответственно, возрастет объем данных, которые нужно отправить заново. При небольшом же размере окна сбойные сегменты данных можно локализовать с минимальными потерями.

Механизм контроля потока данных позволяет TCP влиять на изменение размера "окна" передачи. Это, в свою очередь, помогает значительно оптимизировать скорость достоверного обмена данных между процессами в гетерогенных сетях Internet.