43. Протоколы транспортного уровня

Конечная цель транспортного уровня заключается в предоставлении эффективных, надежных и экономичных услуг (сервисов) своим пользователям, которыми обычно являются процессы прикладного уровня. Для достижения этой цели транспортный уровень пользуется услугами, предоставляемыми сетевым уровнем. Аппаратура и/или программа, выполняющая работу транспортного уровня, называется транспортной сущностью или транспортным объектом. Транспортный объект может располагаться в ядре операционной системы, в отдельном пользовательском процессе, в библиотечном модуле, загруженном сетевым приложением, или в сетевой интерфейсной плате.

Чтобы пользователи могли получить доступ к транспортной службе, транспортный уровень должен совершать некоторые действия по отношению к прикладным программам, то есть предоставлять интерфейс транспортной службы. У всех транспортных служб есть свои интерфейсы.

Сокеты – реальный пример интерфейса транспортной службы.

socket – создает сокет

bind – связывает локальный адрес с сокетом

listen – объявить о желании принять соединение

accept – блокировка звонящего до получения попытки соединения

connect – Активно пытаться установить соединение

send

recv

close

44. TCP и UDP

Протокол управления передачей TCP (Transmission Control Protocol) и протокол дейтаграмм пользователя UDP (User Datagram Protocol). Протокол TCP обеспечивает надежную передачу сообщений между удаленными прикладными процессами за счет образования логических соединений. Этот протокол позволяет равноранговым объектам на компьютере-отправителе и компьютере-получателе поддерживать обмен данными в дуплексном режиме. TCP позволяет без ошибок доставить сформированный на одном из компьютеров поток байт в любой другой компьютер, входящий в составную сеть. TCP делит поток байт на части - сегменты, и передает их ниже лежащему уровню межсетевого взаимодействия. После того как эти сегменты будут доставлены средствами уровня межсетевого взаимодействия в пункт назначения, протокол TCP снова соберет их в непрерывный поток байт.

Протокол UDP обеспечивает передачу прикладных пакетов дейтаграммным способом, как и главный протокол уровня межсетевого взаимодействия IP, и выполняет только функции связующего звена (мультиплексора) между сетевым протоколом и многочисленными службами прикладного уровня или пользовательскими процессами.

Этапы, необходимые для установки и разрыва соединения, могут быть представлены в виде модели конечного автомата, 11 состояний которого перечислены в табл. 6.6. В каждом из этих состояний могут происходить разрешенные и запрщенные события. В ответ на какое-либо разрешенное событие может осуществляться определенное действие. При возникновении запрещенных событий сообщается об ошибке.

Каждое соединение начинается в состоянии CLOSED (закрытое). Оно может выйти из этого состояния, предпринимая либо активную (CONNECT), либо пассивную (LISTEN) попытку открыть соединение. Если противоположная сторона осуществляет противоположные действия, соединение устанавливается и переходит в состояние ESTABLISHED. Инициатором разрыва соединения может выступить любая сторона. По завершении процесса разъединения соединение возвращается в состояние CLOSED.

Прежде чем перейти к обсуждению того, как TCP реагирует на перегрузку, опишем сначала способы ее предотвращения, применяемые протоколом. При обнаружении перегрузки должен быть выбран подходящий размер окна. Получатель может указать размер окна, исходя из количества свободного места в буфере.

Если отправитель будет иметь в виду размер отведенного ему окна, переполнение буфера у получателя не сможет стать причиной проблемы, однако она все равно может возникнуть из-за перегрузки на каком-либо участке сети между отправителем и получателем.

Решение, применяемое в Интернете, состоит в признании существования двух потенциальных проблем: низкой пропускной способности сети и низкой емкости получателя — и в раздельном решении обеих проблем. Для этого у каждого отправителя есть два окна: окно, предоставленное получателем, и окно перегрузки. Размер каждого из них соответствует количеству байтов, которое отправитель имеет право передать. Отправитель руководствуется минимальным из этих двух значений. Например, получатель говорит: «Посылайте 8 Кбайт», но отправитель знает, что если он пошлет более 4 Кбайт, то в сети образуется затор, поэтому он посылает все же 4 Кбайт. Если же отправитель знает, что сеть способна пропустить и большее количество данных, например 32 Кбайт, он передаст столько, сколько просит получатель (то есть 8 Кбайт).

Рассмотрим теперь механизм борьбы с перегрузкой, применяемый в Интернете. Помимо окон получателя и перегрузки, в качестве третьего параметра в нем используется пороговое значение, которое изначально устанавливается равным 64 Кбайт. Когда возникает ситуация тайм-аута (подтверждение не возвращается в срок), новое значение порога устанавливается равным половине текущего размера окна перегрузки, а окно перегрузки уменьшается до размера одного максимального сегмента. Затем, так же как и в предыдущем случае, используется алгоритм затяжного пуска, позволяющий быстро обнаружить предел пропускной способности сети. Однако на этот раз экспоненциальный рост размера окна останавливается по достижении им порогового значения, после чего окно увеличивается линейно, на один сегмент для каждой следующей передачи. В сущности, предполагается, что можно спокойно урезать вдвое размер окна перегрузки, после чего постепенно наращивать его.