Окно, посылаемое в каждом сегменте, указывает диапазон номеров последовательности, которые готов принять в данный момент отправитель окна (получатель данных). Существует допущение, что это связано с доступным в этот момент пространством буфера данных для соединения.
Указание большого окна ускоряет передачу. Если поступает больше данных, чем может быть принято, они будут отбрасываться. Это приведет к излишним повторным передачам, создающим дополнительную нагрузку на сеть и TCP. Указание маленького окна может ограничить передачу данных до появления задержки прохода туда и обратно перед передачей каждого нового сегмента.
Предоставленные механизмы позволяют TCP объявлять большое окно, а потом сообщать, что оно значительно меньше, не принимая слишком много данных. Это так называемое "сжатие окна", очень обескураживает. Принцип надежности диктует, что TCP не будет сжимать окно самостоятельно, но будет готов к такому поведение со стороны другого TCP.
Посылающий TCP должен быть готов принять от пользователя и послать по крайней мере один октет новых данных, даже если окно отправки равно нулю. Посылающий TCP должен регулярно повторно посылать кадры получающему TCP, даже когда окно равно нулю. Для интервала повторной передачи рекомендуется использовать две минуты, когда размер окна равен нулю. Эта повторная передача является существенной для гарантии, что в том случае, когда оба TCP имеют нулевое окно, повторное открытие окна будет обязательно сообщено другому.
Если сегмент прибывает, когда получающий TCP имеет нулевое окно, он все равно должен послать подтверждение, показывающее его следующий ожидаемый номер последовательности и текущее окно (ноль). Посылающий TCP упаковывает данные для передачи в сегменты, которые соответствуют текущему окну, и может перепаковывать сегменты в очереди повторной передачи. Такая перепаковка не обязательна, но может оказаться полезной.
При соединении с однонаправленным потоком данных информация об окне будет переноситься в сегментах подтверждения, которые все имеют одинаковый номер, поэтому не существует способа переупорядочить их, если они приходят в беспорядке. Это не является серьезной, но позволит информации окна при случае временно основываться на старых отчетах получателя данных. Избежать этой проблемы можно, действуя на основе информации окна из сегментов, которые несут самые большие номера подтверждения (т.е. сегменты с номером подтверждения, равным или большим, чем самый большой из полученных ранее).
Процедура управления окном имеет существенное влияние на производительность коммуникации. Следующие комментарии являются предложениями для реализации.
Предложения по управлению окном Выделение очень маленького окна приводит к тому, что данные будут передаваться во множестве мелких сегментов, в то время как лучшая производительность достигается с помощью меньшего числа больших сегментов.
Одним из предложений по избавлению от маленьких окон для получателя является задержка обновления окна, пока дополнительное выделение не составит по крайней мере X процентов максимально возможного выделения для соединения (где X может быть от 20 до 40).
Другое предложение для отправителя с целью избежать отправки маленьких сегментов состоит в ожидании, пока окно не станет достаточно большим, прежде чем посылать данные. Если пользователь дает сигнал функции push, то данные должны быть отправлены, даже если это маленький сегмент.
Отметим, что подтверждения не должны задерживаться, так как это может привести к ненужным повторным передачам. Одной из стратегий является отправка подтверждения, когда прибывает маленький сегмент (не обновляя информацию об окне), и затем отправка другого подтверждения с новой информацией об окне, когда окно станет больше. Сегмент, посылаемый для проверки нулевого окна, может также начать разбиение передаваемых данных в сегменты все меньшего размера. Если сегмент, содержащий единственный октет данных, посланный для проверки нулевого окна, принимается, он поглощает один октет доступного в данный момент окна.
Если посылающий TCP просто посылает столько, сколько может, когда окно ненулевое, то передаваемые данные будут разбиты на чередующиеся большие и маленькие сегменты. Со временем случайные паузы у получателя, делающие доступным распределение окна, приведут к разбиению больших сегментов на более мелкие. Через какое-то время передача данных будет осуществляться в основном маленькими сегментами.
Суть вышеизложенного в том, что реализации TCP активно пытаются комбинировать выделение маленьких окон с большими окнами, так как механизмы управления окном ведут к появлению множества маленьких окон в простейших реализациях.
Интерфейс пользователь/ТСР
Следующее ниже функциональное описание команд TCP является в ка-кой-го степени общим, однако весь TCP должен предоставить некоторый минимальный набор служб для гарантии, что все реализации TCP могут поддерживать одну и ту же иерархию протоколов. Этот раздел определяет функциональные интерфейсы, встречающиеся во всех реализациях TCP.
Этот вызов заставляет послать данные, содержащиеся в указанном пользователем буфере, в указанное соединение. Если соединение еще не было открыто, то SEND рассматривается как ошибка. Некоторые реализации могут позволять пользователю сделать вызов SEND и в такой ситуации. В этом случае будет автоматически выполняться команда OPEN. Если вызывающий процесс не уполномочен использовать это соединение, то возвращается ошибка.
Если задан флаг PUSH, данные должны сразу передаваться получателю, и бит PUSH будет установлен в последнем сегменте, созданном из буфера. Если флаг PUSH не установлен, данные могут комбинироваться с данными из последующих команд SEND для эффективности передачи.
Если установлен флаг URGENT, то в сегментах, посланных TCP назначения, будет задан указатель срочности. Получающий TCP будет сигнализировать об условии срочности получающему процессу, если указатель срочности показывает, что данные, предшествующие указателю срочности, не были получены получающим процессом. Назначение срочности состоит в стимуляции получателя к обработке срочных данных и для указания получателю, когда все известные в данный момент срочные данные будут получены. Число раз, которое TCP посылающего пользователя сигнализирует о срочности, не обязательно будет равно числу уведомлений получающего пользователя о присутствии срочных данных.
Если в OPEN не был определен никакой внешний сокет, но соединение установлено (например, потому что прослушиваемое соединение стало определенным в связи с получением внешнего сегмента на локальном соке-те), то обозначенный буфер посылается на подразумеваемый внешний сокет. Пользователи, которые применяют SEND с не указанным внешним сокетом, могут делать это, даже не зная точно адрес внешнего сокета.
Однако если SEND выполняется до того, как был определен внешний сокет, то будет возвращаться ошибка. Пользователи могут применять вызов STATUS для определения статуса соединения. В некоторых реализациях TCP может уведомлять пользователя, когда связывается неопределенный сокет.
Если определяется задержка, то задержка текущего пользователя этого соединения изменяется на новое значение. В простейшей реализации SEND не будет возвращать управление посылающему процессу, пока либо передача не будет завершена, либо не истечет время задержки. Однако этот простой метод может приводить к блокированию (например, обе стороны соединения могут пытаться выполнить SEND, не выполнив ни одной команды RECEIVE) и реализует плохую производительность, поэтому он не рекомендуется. Более сложная и современная реализация будет немедленно возвращать управление, чтобы следующий процесс выполнялся одновременно с сетевым вводом-выводом, и, более того, чтобы реализовать несколько выполняющихся SEND. Несколько SEND обслуживаются в порядке простой очереди, поэтому TCP будет создавать очередь из тех, кого он не может обслужить немедленно.
Здесь неявно предполагается асинхронный интерфейс пользователя, где SEND в дальнейшем вызывает появление некоторого вида SIGNAL (сигнала) или псевдопрерывания от обслуживающего TCP. Альтернативой является немедленный возврат ответа. Например, SEND мог бы немедленно вернуть локальное подтверждение, даже если посланный сегмент не был подтвержден удаленным TCP. Можно было бы оптимистично предполагать конечный успех. Если мы ошиблись, то соединение будет закрыто в любом случае в связи с истечением времени ожидания. В реализациях такого рода (синхронных) все равно будут некоторые асинхронные сигналы, но они будут иметь дело с самим соединением, а не со специфическими сегментами или буферами.
Чтобы процесс различал индикаторы успеха/неудачи для различных SEND, может оказаться удобным возвращать адрес буфера вместе с кодированным ответом на запрос SEND. Сигналы TCP пользователю обсуждаются ниже с указанием информации, которая должна быть возвращена вызывающему процессу.
TCP вызывает модуль низкоуровневого протокола для реальной отправки и получения информации через сеть. Одним из случаев является система взаимодействия сетей ARPA, где низкоуровневым протоколом будет IP. Если низкоуровневым протоколом является IP, он предоставляет аргументы для типа службы и для времени жизни. TCP использует следующие настройки для этих параметров: Type of service = precedence: routine; Delay: normal; Throughput: normal; Reliability: normal; или 00000000. Время жизни = одна минута, или 00111100. Отметим, что предполагаемое максимальное время жизни сегмента равно двум минутам. Здесь мы явно указываем, что сегмент будет уничтожен, если его окажется невозможно доставить по Интернету в течение одной минуты. Если нижним уровнем является IP (или другой протокол, который предоставляет это свойство) и используется маршрутизация источника, интерфейс должен разрешать передавать информацию о маршруте. Особенно важно, чтобы адреса источника и места назначения, используемые в контрольной сумме TCP, принадлежали исходному источнику и конечному месту назначения. Также важно сохранить маршрут возврата для ответа на запросы соединения.
Любой низкоуровневый протокол должен предоставлять адрес источника, адрес места назначения, поля протокола и некоторый способ определения "длины TCP" одновременно для предоставления функционально эквивалентной службы IP и для использования в контрольной сумме TCP. Обработка, показанная в этом разделе, является примером одной возможной реализации. Другие реализации могут иметь иную последовательность обработки, но они должны отличаться от приведенной в данном разделе только в деталях, а не по существу. Активность TCP можно охарактеризовать как реакцию на события. Происходящие события можно разделить на три категории: пользовательские вызовы, прибывающие сегменты и истечение времени ожидания. Этот раздел описывает обработку, которую выполняет TCP в ответ на каждое из этих событий. Во многих случаях требуемая обработка зависит от состояния соединения.
Модель TCP/интерфейс пользователя является моделью, где команды пользователя получают немедленный ответ и, возможно, ответ с задержкой с помощью события или псевдопрерывания. В следующих описаниях термин "сигнал" означает "причина задержанного ответа". Ответы об ошибках предоставляются как строки символов. Например, пользовательские команды, обращающиеся к соединениям, которые не существуют, получают в ответ сообщение "Ошибка: соединение не открыто" ("error: connection not open").
Отметим, что в последующем все арифметические операции с номерами последовательности, номерами подтверждений, окнами и т.д. выполняются по модулю 2 ', так как это размер пространства номеров последовательности. Отметим также, что "=<" означает "меньше или равно (по модулю 232)". Обработка входящих сегментов состоит в том, что они сначала проверяются на правильный номер последовательности (т.е. содержатся в диапазоне ожидаемого "окна получения" в пространстве номеров последовательности), а затем обычно выстраиваются в очередь и обрабатываются в порядке номеров последовательности. Когда сегмент перекрывает другие уже полученные сегменты, он реконструируется, чтобы содержать только новые данные, и соответствующим образом изменяются поля заголовка. Обратите внимание, что если не упомянуто никакое изменение, TCP остается в том же состоянии (т.е. ТСВ не существует). Создайте новый блок управления передачей (ТСВ) для хранения информации о состоянии соединения. Запишите информацию об идентификаторе локального сокета, внешнем сокете, приоритете, безопасности/ячейке и времени ожидания пользователя. Некоторые части внешнего сокета могут быть не определены при пассивном OPEN и должны заполняться параметрами входящего сегмента SYN. Проверьте, что апрошенные безопасность и приоритет допустимы для этого пользователя; если нет, верните "ошибка: приоритет недопустим" или "ошибка: защита/ячейка недопустимы". Если соединение активно, введите состояние LISTEN и вернитесь. Если в активном состоянии и определен внешний сокет, пошлите сегмент SYN. Выбирается начальный номер посылаемой последовательности (ISS). Сегмент SYN посылается в форме <SEQ=ISS><CTL=SYN>. Задайте SND.UNA как ISS, SND.NXT как ISS+1, введите состояние SYN-SENT и вернитесь. Если вызывающая сторона не имеет доступа к указанному локальному сокету, возвращается "ошибка: соединение недопустимо для этого процесса". Если нет места для создания нового соединения, возвращается "ошибка: недостаточно ресурсов".
Состояние прослушивания
Если текущее состояние соединения ACTTV и определен внешний сокет, то измените состояние на активное и выберите ISS. Пошлите сегмент SYN, задайте SND.UNA как ISS, SND.NXT как ISS+1.Введите состояние SYN-SENT. Данные, связанные с SEND, могут быть посланы с сегментом SYN или выстроены в очередь для передачи после ввода состояния ESTABLISHED. Бит срочности (если запрошен в команде) должен посылаться с сегментами данных, посланными в результате этой команды. Если для занесения запроса в очередь нет места, возвращается сообщение "ошибка: недостаточно ресурсов". Если внешний сокет не определен, возвращается сообщение "ошибка: внешний сокет не определен".
Протокол IP создан для использования в связанных системах компьютерных коммуникационных сетей с коммутацией пакетов. Протокол IP обрабатывает передаваемые от источника к месту назначения блоки данных, называемые дейтаграммами, где источниками и местами назначения являются хосты, идентифицированные адресами фиксированной длины. Протокол IP предусматривает также фрагментацию и повторную сборку длинных дейтаграмм.
Функции IP ограничены доставкой пакетов битов (дейтаграмм Интернета) от источника к месту назначения через связанную систему сетей. В нем не существует механизмов для обеспечения надежности двухточечной передачи данных, управления потоком, упорядочивания или других служб, присутствующих обычно в протоколах взаимодействия хостов. Протокол IP может использовать службы поддерживающих его сетей для предоставления служб различных типов и качества.
Этот протокол вызывается протоколами взаимодействия хостов в среде Интернета. Он вызывает протоколы локальных сетей для переноса дейтаграмм Интернета к следующему шлюзу или хосту места назначения. Например, модуль ТСР будет вызывать модуль IP, чтобы получить сегмент ТСР (включая заголовок ТСР и данные пользователя) как часть с данными дейтаграммы IP. Модуль ТСР будет предоставлять адреса и другие параметры в заголовке IP модулю IP как аргументы вызова. Модуль IP будет затем создавать дейтаграмму IP и вызывать интерфейс локальной сети для передачи дейтаграммы.
Протокол IP реализует две базовые функции: адресацию и фрагментацию. Модули IP используют адреса, передаваемые в заголовке ГР, для передачи дейтаграмм IP в направлении их места назначения. Выбор пути доступа для передачи называется маршрутизацией. Модули IP используют поля заголовка IP в случае необходимости для фрагментации и повторной сборки дейтаграмм IP.
Модель работы состоит в том, что модуль IP располагается на каждом хосте, вовлеченном в коммуникацию Интернета, и на каждом шлюзе, который соединяет сети. Эти модули используют общие правила для интерпретации полей адреса и для фрагментации и сборки дейтаграмм IP. Кроме того, эти модули (особенно на шлюзах) имеют процедуры для принятия решений о маршрутизации и другие функции.
Протокол IP интерпретирует каждую дейтаграмму IP как независимую сущность, не связанную с другой дейтаграммой IP. Не существует никаких соединений или логических связей (виртуальных или каких-либо других).
Протокол IP использует четыре ключевых механизма при предоставлении своих служб: тип службы, время жизни, параметры и контрольная сумма заголовка. Тип службы используется для указания качества желательной службы. Тип службы является абстрактным или обобщенным множеством параметров, характеризующих варианты служб, предоставляемых в сетях, из которых состоит Интернет. Это указание типа службы должно использоваться шлюзами для выбора параметров реальной передачи для определенной сети, которая будет применяться для следующего перехода или для следующего шлюза при маршрутизации дейтаграммы IP. Время жизни является указанием верхней границы времени жизни дейтаграммы IP. Оно задается отправителем дейтаграммы и уменьшается в точках вдоль маршрута, где оно обрабатывается. Если время жизни достигает нуля до того, как дейтаграмма Интернета достигает своего места назначения, дейтаграмма IP разрушается. Время жизни можно считать пределом времени саморазрушения.
Параметры, предоставляемые для управляющих функций, необходимы или полезны в некоторых ситуациях, но для большинства обычных коммуникаций не нужны. Параметры включают обеспечение отметок времени, безопасности и специальной маршрутизации. Контрольная сумма заголовка предоставляет проверку того, что информация, используемая при обработке дейтаграмм IP, была передана правильно. Данные могут содержать ошибки. Если контрольная сумма заголовка неправильная, дейтаграмма IP тотчас отбрасывается сущностью, которая обнаружила ошибку. Протокол IP не предоставляет надежного средства коммуникации. Не существует подтверждений между конечными точками или точками перехода. Отсутствует контроль ошибок данных, только контрольная сумма заголовка. Не существует повтора передачи и управления потоком. Обнаруженные ошибки могут сообщаться через протокол IСМР, который реализован в модуле протокола IP.
Протокол IP, с одной стороны, общается с протоколами коммуникации хостов более высокого уровня, а с другой стороны, с протоколом локальной сети.
