TCP/IP Архитектура, протоколы, реализация (включая IP версии 6 и IP Security)

Протокол IP слишком прост для того, чтобы в его рамках сконцентрироваться на основной цели этого протокола: маршрутизации данных от источника к назначению. Поэтому работу по обеспечению для трафика датаграмм надежности соединения между приложениями выполняет протокол TCP, который реализуется на каждом из конечных хостов. Поверх протокола TCP реализованы службы WWW, регистрации с терминала, пересылки файлов и обработки электронной почты.

10.1.1 Основные службы TCP

TCP можно рассматривать как средство обеспечения запросов данных (data call) по аналогии с обычными телефонными звонками. Вызывающая сторона указывает точку назначения, а на другом конце слушающее приложение реагирует на поступающие вызовы и устанавливает соединение. Производится обмен данными между двумя концами соединения, а но завершении обмена оба партнера говорят "До свидания" и вешают трубки.

IP пытается доставлять датаграммы, прилагая максимальные усилия, однако по пути следования данные могут разрушиться или прибыть в точку назначения в ином порядке, чем были отправлены. Датаграмма может путешествовать по сети достаточно долго и прибывать в произвольные моменты времени. Именно в TCP обеспечивается надежность, порядок следования и исключаются неисправности и ошибки.

Приложение быстрого и мощного хоста может перегрузить данными медленного получателя. В TCP реализовано управление потоком (flow control), позволяющее получателю (receiver) регулировать скорость пересылки данных отправителем. Кроме того, в TCP встроен механизм реакции на текущее состояние сети, подстраивающий поведение протокола для получения оптимальной производительности.

10.1.2 TCP и модель клиент/сервер

TCP естественным образом интегрируется в окружение клиент/сервер (см. рис. 10.1). Серверное приложение прослушивает (listen) поступающие запросы на соединение. Например, службы WWW, пересылки файлов или доступа с терминала прослушивают запросы, поступающие от клиентов. Коммуникации в TCP запускаются соответствующими подпрограммами, которые и инициализируют соединение с сервером (см. главу 21 о программном интерфейсе socket).

Рис. 10.1. Клиент вызывает сервер.

Реально клиент может быть другим сервером. Например, почтовые серверы могут соединяться с другими почтовыми серверами для пересылки сообщений электронной почты между компьютерами.

10.2 Концепции TCP

В какой форме приложения должны пересылать данные в TCP? В каком виде TCP передает данные в IP? Каким образом передающий и принимающий протоколы TCP идентифицируют соединение между приложениями и необходимые для его реализации элементы данных? На все эти вопросы даны ответы в следующих разделах, описывающих основные концепции TCP.

10.2.1 Входной и выходной потоки данных

Концептуальная модель соединения предполагает пересылку приложением потока данных равному приложению. В то же время оно способно принимать поток данных от своего партнера по соединению. TCP предоставляет полнодуплексный (full duplex) режим работы, при котором одновременно обслуживаются два потока данных (см. рис. 10.2).

Рис. 10.2. Приложения обмениваются потоками данных.

10.2.2 Сегменты

TCP может преобразовывать выходящий из приложения поток данных в форму, пригодную для размещения в датаграммах. Каким образом?

Приложение передает данные в TCP, а этот протокол помещает их в выходной буфер (send buffer). Далее TCP вырезает куски данных из буфера и отправляет их, добавляя заголовок (при этом формируются сегменты — segment). На рис. 10.3 показано, как данные из выходного буфера TCP пакетируются в сегменты. TCP передает сегмент в IP для доставки в виде отдельной датаграммы. Пакетирование данных в куски правильной длины обеспечивает эффективность их пересылки, поэтому до создания сегмента TCP будет ожидать, пока в выходном буфере не появится соответствующее количество данных.

Рис. 10.3 Создание сегмента TCP

10.2.3 Выталкивание

Однако большие объемы данных часто невозможно применить для реальных приложений. Например, когда клиентская программа конечного пользователя инициирует интерактивный сеанс с удаленным сервером, далее пользователь только вводит команды (с последующим нажатием на клавишу Return).

Клиентской программе пользователя нужно, чтобы TCP знал о пересылке данных на удаленный хост и выполнил эту операцию немедленно. В этом случае используется выталкивание (push).