Компьютерные сети. 6-е изд.

Для тех, кто интересуется историей интернета, мы расскажем о любопытной функции службы TCP. Эта функция все еще входит в состав протокола, но используется редко. Речь пойдет о срочных данных (urgent data). Предположим, что у приложения есть данные с высоким приоритетом (значит, они должны обрабатываться сразу): например, интерактивный пользователь нажимает Ctrl-C, чтобы прервать начавшийся удаленный процесс. Тогда передающее приложение помещает в выходной поток управляющую информацию и отсылает ее TCP-службе вместе с флагом URGENT (срочно). Этот флаг заставляет TCP-подсистему прекратить накопление данных и без промедления передать в сеть все, что у нее есть для данного соединения.

Когда срочные данные приходят по назначению, получающее приложение прерывается (то есть, в терминологии UNIX, «получает сигнал»), затем оно считывает данные из входного потока и ищет среди них срочные. Конец срочных данных маркируется, но их начало приложение должно отыскать самостоятельно.

Эта схема является грубым сигнальным механизмом, который оставляет все прочие задачи приложению. Хотя теоретически использование срочных данных выглядит целесообразным, на заре своего появления эта схема была неудачно реализована и поэтому быстро вышла из употребления. Сейчас использовать ее не рекомендуется из-за различий в имплементации, поэтому приложения вынуждены прибегать к собственным системам сигналов. Возможно, в последующих транспортных протоколах эта идея будет воплощена лучше.

6.5.3. Протокол TCP

В данном разделе мы обсудим TCP в общих чертах, а в следующем — подробно изучим его заголовок.

Ключевым свойством TCP, определяющим всю структуру протокола, является то, что в TCP-соединении у каждого байта есть свой 32-разрядный порядковый номер. В прежние годы, когда типичная скорость выделенных линий между маршрутизаторами составляла 56 Кбит/с, хосту, постоянно работающему на полной скорости, потребовалось бы больше недели на то, чтобы перебрать все порядковые номера. При современных скоростях они могут закончиться пугающе быстро. Отдельные 32-разрядные порядковые номера используются для указания позиции раздвижного окна в одном направлении и для подтверждений в обратном. Все это мы обсудим далее.

Отправляющая и принимающая TCP-подсистемы обмениваются данными в виде сегментов. Сегмент TCP состоит из фиксированного 20-байтного заголовка (плюс необязательная часть), за которым могут следовать байты данных. Размер сегментов определяется программным обеспечением TCP. Оно может объединять в один сегмент данные, полученные в результате нескольких операций записи, или, наоборот, распределять результат одной записи между несколькими сегментами. Их размер ограничен двумя пределами. Во-первых, каждый сегмент, включая TCP-заголовок, должен помещаться в 65 515-байтное поле пользовательских данных IP-пакета. Во-вторых, в каждом канале есть максимальный размер передаваемого блока (Maximum Transfer Unit, MTU). На сторонах отправителя и получателя каждый сегмент должен помещаться в MTU, чтобы он мог передаваться и приниматься в отдельном пакете, не разделенном на фрагменты. На практике MTU обычно составляет 1500 байт (что соответствует размеру поля пользовательских данных Ethernet), и таким образом определяется верхний предел размера сегмента.

Тем не менее фрагментация IP-пакета, содержащего TCP-сегменты, возможна, если на его пути у одного из каналов слишком низкий MTU. Но в таком случае снижается производительность, а также возникают другие проблемы (Кент и Могул; Kent and Mogul, 1987). Вместо этого современные реализации TCP выполняют обнаружение MTU маршрута (path MTU discovery). При этом используется метод, описанный в RFC 1191 (мы говорили о нем в разделе 5.5.6). Этот метод вычисляет минимальное значение MTU по всем каналам пути, используя сообщения об ошибках ICMP. На основе этого значения TCP выбирает размер сегмента, позволяющий избежать фрагментации.

Основной протокол, используемый TCP-подсистемами, — это протокол раздвижного окна с динамическим размером окна. При передаче сегмента отправитель включает таймер. Когда сегмент приходит по назначению, принимающая TCP-подсистема высылает обратно сегмент (с данными, если они есть, или без) с номером подтверждения (он равен порядковому номеру следующего ожидаемого сегмента) и новым размером окна. Если время ожидания подтверждения истекает, отправитель передает сегмент еще раз.