КОНСПЕКТ_ЛЕКЦИЙ_Сети_и_телекоммуникации (853866), страница 28

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 28)

ESTABLISHED — соединение установлено. Принимаемые от приложения данные можно передать пользователю.

FIN-WAIT-1 — ожидание запроса от чужой программы TCP или подтверждение ранее отправленного запроса на закрытие соединения.

FIN-WAIT-2 — ожидание запроса на закрытие соединения со стороны чужой программы TCP.

CLOSE-WAIT — ожидание запроса на закрытие соединения со стороны своего клиента.

CLOSING — ожидание подтверждения запроса о закрытии соединения со стороны чужой программы TCP.

LAST-ACK — ожидание ответного запроса на закрытие соединения на посланный запрос о закрытии соединения, который был ранее отправлен чужой программе TCP.

TIME-WATT — соединение находится в этом состоянии на протяжении времени, достаточного для того, чтобы быть уверенным, что чужая программа TCP получила подтверждение своего запроса на закрытие соединения.

CLOSED — соединение закрыто.

Основное состояние соединения — ESTABLISHED (соединение установлено). В этом состоянии происходит обмен данными между абонентами.

12.3 Протокол TCP. Передача данных.

Блок управления передачей Для обеспечения надежной передачи данных по установленным логическим со­единениям между прикладными программами протокол TCP должен обеспечивать следующие функции:

 передачу данных;

 проверку достоверности данных при передаче;

 управление потоком данных;

 разделение каналов связи;

 обслуживание установленных соединений;

 соблюдение установленного приоритета пользователей;

 обеспечение соответствующего уровня безопасности.

Для одновременного использования протокола TCP несколькими прикладными программами на одном компьютере он представлен набором адресов и портов. Поскольку идентификаторы портов выбираются каждой программой протокола TCP независимо, то они не будут уникальны. Уникальна совокупность идентификатора порта и IP-адреса. Эта совокупность называется сокет. Соединение между отправителем и получателем полностью определяются двумя сокетами на его концах. Это соединение можно использовать для передачи данных в обоих направлениях, то есть оно поддерживает дуплексный режим передачи.

Существует несколько основополагающих концепций связи портов с прикладными программами при любой реализации протокола TCP.

Для сохранения всей совокупности информации, необходимой для создания и поддержки соединения, каждый раз при установлении соединения создается структура данных, называемая блоком управления передачей (Transmission Control Block, TCB). Блок управления передачей ТСВ хранит всю постоянную информацию по созданному соединению и текущие значения нескольких переменных, например, определяющих очередность отправления. К постоянной информации относятся: номера локального и удаленного сокетов, флаги безопасности и приоритета для данного соединения, указатели на буферы отправки и приема. Блок ТСВ поддерживает несколько переменных, определяющих очередность отправления и получения сегментов. К ним относятся переменные, связанные с отправкой:

 SND.UNA — посылка не подтверждена;

 SND.NXT — послать следующий сегмент;

 SND.WND — отправить окно;

 SND.UP — отправить срочный указатель;

 SND.WL1 — номер в очереди сегмента, использованный для обновления последнего окна;

 SND.WL2 — номер подтверждения в сегменте, используемый для обновления последнего окна;

 ISS — первоначальный номер в очереди отправки;

и переменные, связанные с получением:

 RCV.NXT — получить следующий сегмент;

 RCV.WND - получить окно;

 RCV.UP — получить срочный указатель;

 IRS — первоначальный номер в очереди получения.

Часто используются переменные, берущие свое значение из полей очередного сегмента. К ним относятся:

 SEG.SEQ — номер в очереди для сегмента;

 SEG.ACK — номер подтверждения для сегмента;

 SEG.LEN — длина сегмента;

 SEG.WND — окно для сегмента;

 SEG.UP — срочный указатель для сегмента;

 SEG.PRC — приоритет для сегмента.

На рис. 12.4 показана последовательность этапов отправки и приема данных.

На примере рис.12.4 рассмотрим принцип использования некоторых переменных. Отправитель данных с помощью переменной SND.NXT отслеживает следующий номер сегмента в очереди, подлежащего отправке. Получатель данных с помощью переменной RCV.NXT отслеживает номера прибывающих сегментов. В поле переменной SND.UNA отправитель данных помещает самый старый номер сегмента, который уже был отправлен, но на который еще не получено подтверждение (АСК). Когда отправитель создает и посылает новый сегмент, он увеличивает значение своей переменной SND.NXT. Адресат при получении этого сегмента увеличивает значение своей переменной RCV.NXT и отправляет подтверждение.

Рис. 12.4 Процесс: а) передачи данных; б) прием данных

При получении подтверждения увеличивается значение переменной SND.UNA отправителя. Разность значений переменных SND.NXT и SND.UNA может служить мерой задержки сегментов в сети. Переменные увеличиваются на длину поля данных в сегменте.

Установление и закрытие соединений При открытии и закрытии соединений в зависимости от поведения сторон могут возникать самые различные ситуации (но так или иначе соединение всегда будет находиться в одном из состояний, перечисленных выше). Упрощенно же процесс открытия соединения можно представить следующей последовательностью действий:

 Инициатор соединения посылает запрос к протоколу TCP на открытие порта для передачи.

 После открытия порта протокол TCP на стороне приложения-инициатора посылает запрос приложению, с которым требуется установить соединение (принимающей стороне).

 Протокол TCP на принимающей стороне открывает порт для приема данных и отсылает квитанцию, подтверждающую прием запроса.

 Принимающая сторона открывает порт для передачи и также передает запрос к противоположной стороне.

 Приложение-инициатор открывает порт для приема и возвращает квитанцию. С этого момента соединение считается установленным. После этого начинается обмен информацией по данному соединению.

При передаче данных по соединению каждый байт информации нумеруется. Нумерация ведется и в очереди отправления и в очереди получения. Первоначальный номер байта в очереди отправки указывается модулем TCP посылающей стороны, а первоначальный номер байта в очереди приема выясняется во время установления соединения. В это время оба модуля протокола TCP должны синхронизировать друг с другом первоначальные номера байтов в очередях. Синхронизация производится путем обмена сегментами, которые используются при установке соединения. Эти сегменты несут флаг синхронизации SYN и исходные номера для обоих очередей. Синхронизация требует, чтобы каждая сторона послала свой собственный первоначальный номер в очереди и получила подтверждение о принятии этого номера. Нумеруются и сами сегменты: номером сегмента считается номер первого байта в поле полезной нагрузки этого сегмента. Рассмотрим синхронизацию номеров на примере создания соединения между станцией А и станцией Б. Для синхронизации необходимо выполнить следующие действия:

1. Станция А посылает сегмент с флагом SYN и своим номером в очереди N станции Б;

2. Станция Б посылает подтверждение — «ваш номер в очереди N» — станции А;

3. Станция Б посылает сегмент с флагом SYN и своим номером в очереди (обозначим его К) станции А;

4. Станция А посылает подтверждение — «ваш номер в очереди К» — станции Б.

Шаги 2 и 3 можно объединить, поэтому такой обмен называется открытием соединения с подтверждением трех сообщений. Эту же процедуру открытия соединения с подтверждением трех сообщений можно показать с фиксацией состо­яний соединения и переходов между ними (рис. 7.5). Каждая строка на рис. 7.5 пронумерована и показывает состояние соединения. Стрелки «→» означают отправление сегмента от модуля TCP станции А в модуль TCP станции Б. Стрелки «←» показывают отправку сегментов в противоположном направлении. Промежуточное состояние соединения соответствует моменту посылки или по­лучения сегмента. На рис. Рис. 12.5 показано не все содержание сегментов — приведены только номера в очереди, флаги управления и АСК.

Рис. 12.5 Процедура подтверждения трех сообщений для синхронизации соединения

Станция А указывает, что она будет использовать номер в очереди 100. В ответ станция Б посылает свой номер в очереди 300 и говорит, что ожидает получения номера 101. В последней строке после установления соединения модуль TCP станции А передает некоторую порцию данных.

На рис. 12.6 показана нормальная, штатная процедура закрытия соединения.

Рис. 12.6 Нормальная процедура закрытия соединения

Как видно, при закрытии соединения происходит обмен сегментами, несущими управляющий флаг FIN, указывающий на отсутствие данных для передачи.

12.4 Механизм окна TCP. Управление потоком данных

.Плавающее окно

Как и большинство протоколов, осуществляющих управление потоком данных (например, HDLC и Х.25), протокол TCP использует механизм плавающих окон. Протоколы HDLC и Х.25 используют этот механизм в классическом виде — на каждый отправленный блок данных должно быть получено подтверждение. Протокол TCP несколько отходит от классической схемы.

Основной недостаток классической схемы заключается в том, что только один сегмент может быть передан за один сеанс. В данном случае под сеансом понимается посылка сегмента и получение подтверждения на его успешный прием.

Такая схема не позволяет работать с максимальной производительностью. Эффективность может быть значительно повышена, если разрешить передачу множества сегментов за один сеанс с группировкой всех подтверждений для них в одно.

Рассмотрим схему работы этого метода на примере двух станций — А и Б, которым необходимо обмениваться данными.

Станция Б выделяет буферное пространство для приема п сегментов. Поэтому станция Б может принять п сегментов, а станция А может послать те же п сегментов без необходимости ожидания подтверждений об их приеме. Для отслеживания подтверждений о принятых сегментах каждый из них помечается номером в последовательности. Станция Б подтверждает получение сегмента посылкой подтверждения на него, которое содержит номер в последовательности следующего ожидаемого сегмента. Это подтверждение также косвенным образом извещает станцию А о том, что станция Б готова получить следующие п сегментов, начиная с указанного номера. Такая схема работы годится для подтверждения получения множества сегментов.

Например, станция Б получает сегменты 2, 3 и 4, но воздерживалась от отправки подтверждения на сегменты 2 и 3 до получения сегмента 4. Посылая подтверждение с номером в последовательности 5, станция Б подтверждает получение сегментов 2, 3 и 4 за один раз. Таким образом, можно сказать, что станция А ведет список номеров в последовательности сегментов, которые ей разрешено посылать, а станция Б поддерживает список номеров в последовательности сегментов, которые она готова принять.

Эти списки называют окнами сегментов, а такую схему передачи сообщений часто называют управлением потоком с использованием плавающего окна.

Так как номер в последовательности занимает одно поле в сегменте, то очевидно, что номер не может быть слишком большим. Например, если это поле занимает 3 бита, то номер в последовательности сегментов может иметь значения от 0 до 7. Соответственно, сегменты нумеруются по модулю 8, то есть за номером в последовательности 7 следует номер в последовательности 0.

Таким образом, для поля номера в последовательности, состоящего из k бит, границы изменения номера равны 0 и 2^k-l, а сегменты нумеруются по модулю 2^k. С учетом приведенных рассуждений на рис.12.7 показаны значения передаваемых и принимаемых сегментов на принимающей и передающей сторонах с фиксацией границ плавающего окна. В этом примере для простоты размер поля «Номер в последовательности» принят равным 3 битам. Серые прямоугольники указывают сегменты, которые могут быть посланы. В соответствии с рис. 12.7 отправитель может послать 5 сегментов, начиная с сегмента с номером 0. Каждый раз, когда сегмент посылается, ширина окна (серого прямоугольника) уменьшается. При получении подтверждения ширина окна увеличивается. Сегменты, находящиеся между черной вертикальной чертой и серым прямоугольником (окном) уже были посланы, но еще не были подтверждены. Отправитель должен хранить копии этих сегментов в своем буфере на случай, если потребуется их повторная передача.

Рассмотрим следующий пример (рис. 12.8), позволяющий проследить последовательность обмена информацией. В этом примере для наглядности поле номера в последовательности имеет длину три бита, следовательно, максимальный номер равен 7 и окно не может содержать более семи номеров сегментов.

В начале работы станции А и Б имеют окна длиной семь сегментов. То есть, станция А может передать семь сегментов, начиная с сегмента SO, а станция Б — принять такое же количество сегментов. После передачи трех сегментов (SO, S1 и S2) без подтверждения станция А сокращает размер своего окна до четырех сегментов и сохраняет в буферной памяти копию трех посланных сегментов.

Характеристики

Список файлов лекций