Протокол TCP
Протокол TCP
Протокол TCP (Transmission Control Protocol) работает так же, как и протокол UDP, но обеспечивает надежную транспортировку данных между прикладными процессами путем установления логического соединения. Единицей данных протокола TCP является сегмент. Информация, поступающая к протоколу TCP от протоколов более высокого уровня, рассматривается как неструктурированный поток байт. Поступающие данные буферизуются средствами TCP. Для передачи на сетевой уровень из буфера выделяется сегмент. Поскольку сегменты будут разного размера, то участники соединения должны договориться о максимальном размере сегмента. Этот размер выбирается так, чтобы при упаковке сегмента в IP-пакет он помещался туда целиком, то есть максимальный размер сегмента не должен превосходить максимального размера поля данных IP-пакета. В противном случае пришлось бы выполнять фрагментацию сегмента.
В протоколе TCP для связи с прикладными процессами используются порты. Для организации надежной передачи данных предусматривается установление логического соединения между двумя прикладными процессами. В рамках соединения осуществляется подтверждение правильности приема для всех переданных сообщений, и при необходимости выполняется повторная передача. Соединение в TCP позволяет вести полнодуплексную передачу.
Соединение в протоколе TCP идентифицируется парой адресов двух процессов (оконечных точек). Адрес каждой из точек включает IP-адрес и номер порта. Установление соединения выполняется в следующей последовательности:
1. Процесс-инициатор посылает запрос к протоколу TCP на открытие порта для передачи.
2. После открытия порта протокол TCP на стороне процесса-инициатора посылает запрос процессу, с которым требуется установить соединение.
3. Протокол TCP на приемной стороне открывает порт для приема данных и возвращает квитанцию, подтверждающую прием запроса.
4. Для обеспечения дуплексной передачи протокол на приемной стороне открывает порт для передачи и передает запрос к противоположной стороне.
5. Процесс-инициатор открывает порт для приема и возвращает квитанцию. Соединение считается установленным.
Рекомендуемые материалы
6. Происходит обмен данными в рамках соединения.
Правильность передачи каждого сегмента подтверждается квитанцией получателя. Квитирование - это традиционный метод обеспечения надежной связи. Идея квитирования состоит в следующем. Для того, чтобы организовать повторную передачу искаженных данных отправитель нумерует кадры данных. Для каждого кадра отправитель ожидает от приемника положительную квитанцию-сообщение, которая извещает, что кадр принят и данные в нем корректные. Время ожидания квитанции ограничено и по его истечению кадр считается утерянным. Иногда, в случае получения кадра с искаженными данными приемник должен отправить отрицательную квитанцию.
Существуют два подхода к организации процесса обмена квитанциями:
1. Метод с простоями. Требует, чтобы источник, пославший кадр, ожидал получения квитанции от приемника и только после этого посылал следующий кадр Снижение производительности для этого метода заметно на низкоскоростных каналах связи.
2. Метод скользящего окна. Для повышения коэффициента использования линии источнику разрешается передать некоторое количество кадров в непрерывном режиме без получения ответных квитанций. Такое число кадров называется размером окна. За это время источник ждет квитанцию на первый кадр. Если квитанция не приходит, то процесс передачи останавливается, и по истечению некоторого времени кадры размера окна считаются утерянными и передаются снова. При каждом получении квитанции окно «скользит», захватывая новые кадры.
В протоколе TCP реализован метод квитирования с использованием окна. Квитанция посылается только в случае правильного приема данных. Отсутствие квитанции означает либо прием искаженного сегмента, либо потерю сегмента, либо потерю квитанции. Выбор времени ожидания квитанции (тайм-аута) влияет на производительность протокола TCP. Тайм-аут не должен быть коротким, чтобы исключить избыточные повторные передачи, которые снижают полезную пропускную способность системы. Но он не должен быть большим, чтобы избежать длительных простоев, связанных с ожиданием квитанции. В протоколе тайм-аут определяется с помощью адаптивного алгоритма. При передаче засекается время от момента отправки сегмента до прихода квитанции (время оборота). Получаемые значения времен оборота усредняются с весовыми коэффициентами, возрастающими от предыдущего измерения к последующему, для усиления влияния последних измерений. В качестве тайм-аута выбирается среднее время оборота, умноженное коэффициент 2.
Изменяя размер окна, можно влиять на загрузку сети. Чем больше окно, тем большую порцию неподтвержденных данных можно послать в сеть. При большой загруженности возникают очереди в маршрутизаторах и в конечных узлах. Тогда протокол TCP уменьшает размер окна.
Сообщения протокола TCP называются сегментами и состоят из заголовка и блока данных. Заголовок сегмента множество полей, осноными из которых являются следующие:
· Порт источника, которое идентифицирует процесс-отправитель;
Бесплатная лекция: "8б. Примеры применения АСУ ТП" также доступна.
· Порт назначения, которое идентифицирует процесс-получатель;
· Подтвержденный номер, значение которог используется в качестве квитанции;
· Длина заголовка;
· Кодовые биты с информацией о типе сегмента (срочное сообщение, квитанция, запрос и т.д.);
· Размер окна в байтах;
· Контрольная сумма и т.д.
