Протокол TCP
Радик Усманов
radik@binep.ac.ru
Ноябрь, 1994 г.
Реферат:
Документ содержит русский перевод спецификации протокола TCP
(Transmission Control Protocol) - основного транспортного
протокола стека IP,
применяемого в международной компьютерной сети
Internet. Оригинальный документ известен, как
RFC793.
Оригинальная версия документа RFC793 размещается на сервере ISI
(Information Sciences Institute):
URL - http://info.internet.isi.edu/in-notes/rfc/files/rfc793.txt
Протокол управления передачей
(Transmission Control Protocol)
Проект DARPA Internet
Спецификация протокола
сентябрь 1981
подготовлено для
Агентства оборонных проектов расширенных исследований
Офис технологий обработки информации
1400 Wilson Boulevard
Arlington, Virginia 22209 |
Институтом Информатики
Университетом Южной Калифорнии
4676 Admiralty Way
Marina del Rey, California 90291 |
Содержание
Предисловие
- Введение
1.1 Мотивация
1.2 Цель
1.3 О данном документе
1.4 Интерфейсы
1.5 Действие
- Идеология протокола
2.1 Элементы системы объединенных сетей
2.2 Модель действия
2.3 Программное обеспечение хост-компьютера
2.4 Интерфейсы
2.5 Связь с другими протоколами
2.6 Надежные коммуникации
2.7 Установка соединения и его отмена
2.8 Коммутация данных
2.9 Приоритет и безопасность
2.10 Принцип устойчивости
- Спецификация для функций протокола
3.1 Формат заголовка
3.2 Терминология
3.3 Номера последовательности
3.4 Установка соединения
3.5 Закрытие соединения
3.6 Приоритет и безопасность
3.7 Коммутация данных
3.8 Интерфейсы
3.9 Обработка событий
Словарь
Ссылки
Предисловие
Данный документ описывает Протокол управления передачей данных в DoD стандарте (TCP). Данный стандарт основывается на девяти предыдущих изданиях ARPA спецификации TCP, данный текст сильно отличается от них. В
него внесены большие изменения как в отношении концепций, так и в отношении текста. Данное издание проясняет некоторые детали протокола и
не включает выравнивания по размеру буфера в конце письма, а также
переопределяет механизм писем как push функцию.
Джон Постел (Jon Postel)
Редактор
RFC: 793
заменяет RFC 761 и IENs: 129, 124, 112, 81, 55, 44, 40, 27, 21, 5
Протокол управления передачей
Протокол DARPA Internet
Спецификация протокола
1. Введение
Протокол управления передачей (TCP) предназначен для использования
в качестве надежного протокола общения между хост-компьютерами в
коммуникационных компьютерных сетях с коммутацией пакетов, а также в
системах, объединяющих такие сети.
Данный документ описывает функции, которые должны выполняться протоколом управления передачей, программу, которая реализует протокол, а
также ее интерфейс с программами или пользователями, нуждающимися в
ее услугах.
1.1 Мотивация
Компьютерные коммуникационные системы играют все более важную роль в
военных, правительственных и гражданских приложениях. Этот документ в
первую очередь освещает требования к компьютерным коммуникациям в военной области, и особенно к устойчивости в условиях недостаточной надежности коммуникаций и возможности перегрузок. Тем не менее, многие
из этих проблем имеют место также в гражданском и правительственном
секторе.
В условиях, когда стратегические и тактические сети компьютерных коммуникаций возникают и исчезают, важно обеспечить средства для их со
единения, а также стандартные протоколы коммуникации между процессами, которые бы поддерживали большой диапазон прикладных программ.
Предвидя потребность в таких стандартах, Представительство Секретариата Обороны по научно-исследовательским и опытно- конструкторским работам предъявило протокол управления передачей (Transmission Control
Protocol - TCP), описанный здесь, на основе стандартизации DoD протокола коммуникаций между процессами.
TCP - это протокол обеспечения надежности прямых соединений, созданный для многоуровневой иерархии протоколов, поддерживающих межсетевые
приложения. Протокол TCP обеспечивает надежность коммуникаций между
парами процессов на хост-компьютерах, включенных в различные компьютерные коммуникационные сети, которые объединены в единую систему.
В отношении надежности протоколов более низкого, чем TCP, уровня
сделаны весьма скромные запросы. TCP предполагает, что он может
получить простой, потенциально ненадежный сервис для своих датаграмм
со стороны протоколов нижнего уровня. В принципе, протокол TCP должен
быть работоспособен на большом наборе коммуникационных систем,
начиная с кабельных соединений и кончая сетями с переключением
пакетов или электрических цепей.
Протокол TCP основывается на концепциях, впервые описанных авторами
Cerf и Kahn в документе [1]. TCP занимает в многоуровневой архитектуре протоколов нишу непосредственно над протоколом Internet, который
позволяет протоколу TCP отправлять и получать сегменты информации переменной длины, заключенные в оболочку Internet датаграмм. Internet
датаграмма предоставляет средства для адресации отправителя и получателя сегментов TCP в различных сетях. Протокол Internet также осуществляет любую фрагментацию и сборку сегментов TCP, необходимую для
осуществления передачи и доставки через множество сетей и промежуточных шлюзов. Протокол Internet также обрабатывает информацию о приоритете, классификации безопасности, а также осуществляет разграничение
TCP сегментов. Так что данная информация может быть передана напрямую
через множество сетей.
| Уровни протоколов |
| верхний уровень |
| TCP |
| протокол Internet |
| коммуникационная сеть |
Рис. 1
Большая часть этого документа написана в связи с реализациями TCP протокола, которые вместе с протоколами более высокого уровня присутствуют на хост-компьютере. Некоторые компьютерные системы будут включаться в сети через главные компьютеры, содержащие протоколы уровней
TCP и Internet, а также специфическое сетевое программное обеспечение.
Спецификация TCP описывает ее интерфейс с протоколами более высокого
уровня, которые оказались осуществимы даже в случае главного компьютера, если реализован соответствующий протокол общения между хост-компьютером и главным компьютером.
1.2 Цель
Протокол TCP обязан обеспечить надежный сервис для коммуникаций между
процессами в многосетевой системе. Протокол TCP должен быть общим
протоколом для коммуникаций между хост-компьютерами во множестве сетей.
1.3 О данном документе
Данный документ предоставляет описание поведения, ожидаемого от любой
реализации протокола TCP, а также его взаимодействия как с протоколами более высокого уровня, так и с протоколами TCP на других компьютерах. Оставшаяся часть данной главы дает очень краткий обзор действия
протокола и его интерфейсов. Глава 2 суммирует идейный базис для создания протокола TCP. Глава 3 дает как детальное описание поведения,
требуемого от протокола TCP при появлении различных событий (прибытие
новых сегментов, запрос от пользователя, ошибки и т.д.), так и описание деталей форматов TCP сегментов.
1.4 Интерфейсы
Протокол TCP взаимодействует с одной стороны с пользователем или прикладной программой, а с другой - с протоколом более низкого уровня,
таким как протокол Internet.
Интерфейс между прикладным процессом и протоколом TCP мы поясняем с
приемлемой детализацией. Этот интерфейс состоит из набора вызовов,
которые похожи на вызовы операционной системы, предоставляемые прикладному процессу для управления файлами. Например, в этом случае
имеются вызовы для открытия и закрытия соединений, для отправки и получения данных на установленных соединениях. Предполагается также,
что протокол TCP сможет асинхронно взаимодействовать с прикладными
программами. Хотя разработчикам TCP протокола и предоставлена значительная свобода в создании интерфейсов, которые соответствуют свойствам конкретной операционной системы, все же от любой приемлемой реализации требуются некие обязательные минимальные функции интерфейса
между протоколом TCP и пользователем.
Интерфейс между протоколом TCP и протоколами более низкого уровня за
дан в значительно меньшей степени, за исключением того, что должен
существовать некий механизм, с помощью которого эти два уровня могут
асинхронно обмениваться информацией друг с другом. Обычно полагают,
что протокол нижнего уровня задает данный интерфейс. Протокол TCP
спроектирован так, чтобы работать с весьма разнообразной средой объединенных компьютерных сетей. В данном документе предполагается, что
протокол более низкого уровня - это Internet [2].
1.5 Действие
Как указывалось ранее, главной целью протокола TCP является обеспечение надежного, безопасного сервиса для логических цепей или соединений между парами процессов. Чтобы обеспечить такой сервис, основываясь на менее надежных коммуникациях Internet, система должна иметь
возможности для работы в следующих областях:
- базовая передача данных
- достоверность
- управление потоком
- разделение каналов
- работа с соединениями
- приоритет и безопасность
Основные действия протокола TCP в каждой из этих областей описаны
в следующих параграфах.
Базовая передача данных
Протокол TCP способен передавать непрерывные потоки октетов
между своими клиентами в обоих направлениях, пакуя некое количество октетов в сегменты для передачи через системы Internet. В общем случае протоколы TCP решают по своему усмотрению, когда производить блокировку и передачу данных.
Иногда пользователям бывает необходимо убедиться в том, что все
данные, переданные ими протоколу TCP, уже отправлены. Для этой цели определена функция проталкивания (push). Чтобы убедиться в том,
что данные, отправленные протоколу TCP, действительно переданы,
отправитель указывает, что их следует протолкнуть к получателю.
Проталкивание приводит к тому, что программы протокола TCP сразу
осуществляют отправление и, соответственно, получение остающихся
данных. Правильно осуществленное проталкивание может быть невидимо
для получателя, а сама функция проталкивания может не иметь
маркера границы записи.
Достоверность
Протокол TCP должен иметь защиту от разрушения данных, потери,
дублирования и нарушения очередности получения, вызываемых
коммуникационной системой Internet. Это достигается присвоением
очередного номера каждому передаваемому октету, а также
требованием подтверждения (ACK) от программы TCP, принимающей
данные. Если подтверждения не получено в течении контрольного
интервала времени, то данные посылаются повторно. Со стороны
получателя номера очереди используются для восстановления
очередности сегментов, которые могут быть получены в неправильном
порядке, а также для ограничения возможности появления дубликатов.
Повреждения фиксируются посредством добавления к каждому
передаваемому сегменту контрольной суммы, проверки ее при
получении и последующей ликвидации дефектных сегментов.
До тех пор, пока программы протокола TCP продолжают функционировать корректно, а система Internet не развалилась полностью на
составные части, ошибки пересылки не будут влиять на правильное
получение данных. Протокол TCP защищает от ошибок коммуникационной
системы Internet.
Управление потоком
Протокол TCP дает средства получателю управлять количеством
данных, посылаемых ему отправителем. Это достигается возвратом так
называемого "окна" (window) вместе с каждым подтверждением, которое указывает диапазон приемлемых номеров, следующих за номером
последнего успешно принятого сегмента. Окно определяет количество
октетов, которое отправитель может послать до получения дальнейших
указаний.
Разделение каналов
Чтобы позволить на отдельно взятом компьютере многим процессам
одновременно использовать коммуникационные возможности уровня TCP,
протокол TCP предоставляет на каждом хост-компьютере набор адресов
или портов. Вместе с адресами сетей и хост-компьютеров на коммуникационном уровне Internet они образуют сокет (socket - разъем).
Каждое соединение уникальным образом идентифицируется парой сокетов. Таким образом, любой сокет может одновременно использоваться
во многих соединениях.
Соотнесение портов и процессов осуществляется каждым хост-
компьютером самостоятельно. Однако оказывается полезным связывать
часто используемые процессы (такие как "logger" или сервис с разделением времени) с фиксированными документированными сокетами.
Этот сервис можно впоследствии использовать через известные адреса. Установка и настройка адресов портов для других процессов может включать более динамичные механизмы.
Работа с соединениями
Механизмы управления потоком и обеспечения достоверности, описанные выше, требуют, чтобы программы протокола TCP инициализировали и поддерживали определенную информацию о состоянии каждого
потока данных. Набор такой информации, включающий сокеты, номера
очереди, размеры окон, называется соединением. Каждое соединение
уникальным образом идентифицируется парой сокетов на двух концах.
Если два процесса желают обмениваться информацией, соответствующие программы протокола TCP должны сперва установить соединение
(на каждой стороне инициализировать информацию о статусе). По завершении обмена информацией соединение должно быть расторгнуто или
закрыто, чтобы освободить ресурсы для предоставления другим пользователям.
Поскольку соединения должны устанавливаться между ненадежными
хост-компьютерами и через ненадежную коммуникационную систему
Internet, то во избежание ошибочной инициализации соединений используется механизм подтверждения связи с хронометрированными номерами очереди.
Приоритет и безопасность
Пользователи протокола TCP могут затребовать для своего соединения приоритет и безопасность. Предусмотрены принимаемые по умолчанию характеристики соединений, когда такие параметры не требуются.
2. Идеология протокола
2.1 Элементы системы объединенных сетей
Среда объединенных сетей состоит из хост-компьютеров, включенных в
сети, которые в свою очередь соединятся друг с другом через шлюзы.
Здесь предполагается, что компьютерные сети могут быть либо локальными (например, ETHERNET), либо большими сетями (например ARPANET), но
в любом случае они основываются на технологии коммутации пакетов. Реальными агентами, создающими и потребляющими сообщения, циркулирующие
в сети, являются процессы. Протоколы различных уровней в сетях, на
шлюзах и на хост-компьютерах поддерживают систему коммуникаций между
процессами, которая обеспечивает двунаправленный поток данных по логическим соединениям между портами процессов.
Термин пакет используется здесь в общем случае для обозначения
порции данных, участвующей в отдельном элементарном акте взаимодействия между сетью и соединенным с ней хост-компьютером. В общем случае нас не будет касаться формат блоков данных, циркулирующих в сети.
С точки зрения коммуникационных сетей, хост-компьютеры - это компьютеры, связанные с сетью и являющиеся отправителями и получателями
пакетов. Процессы рассматриваются как активные элементы на хост-
компьютерах (согласно наиболее общему определению процессов как исполняющихся программ). Предполагается, что даже терминалы, файлы и другие устройства ввода-вывода взаимодействуют друг с другом посредством
процессов. Таким образом, любые коммуникации рассматриваются как коммуникации между процессами.
Поскольку процесс может контролировать несколько коммуникационных
потоков, ведущих от него к другому процессу (или другим процессам),
то мы постулируем, что каждый процесс может иметь набор портов, через
которые он общается с портами других процессов.
2.2 Модель действия
Процесс пересылает данные, вызывая программу протокола TCP и передавая ей в качестве аргументов буферы с данными. Протокол TCP пакует
данные из этих буферов в сегменты, а затем вызывает модуль Internet
для передачи каждого сегмента на программу протокола TCP, являющуюся
адресатом. Этот адресат в свою очередь помещает данные из сегмента в
буферы получателя и затем оповещает своего клиента о прибытии предназначенных ему данных. Программы протокола TCP помещают в сегменты контрольную информацию, которая затем используется ими для проверки очередности передачи данных.
Модель Internet коммуникаций состоит в том, что с каждой программой протокола TCP связан модуль протокола Internet, обеспечивающий ей
интерфейс с локальной сетью. Данный модуль Internet помещает сегменты
TCP в Internet датаграммы, а затем направляет их на другой Internet
модуль или же промежуточный шлюз. Для передачи датаграммы по локальной сети она в свою очередь помещается в пакет соответствующего типа.
Коммутаторы пакетов могут осуществлять дальнейшую упаковку, фрагментацию или другие операции с тем, чтобы в локальной сети осуществить передачу пакетов по назначению на модуль Internet.
На шлюзах между локальными сетями датаграмма Internet освобождается от пакета локальной сети и исследуется с тем, чтобы определить, по
какой сети она должна в дальнейшем идти. Затем Internet датаграмма
упаковывается в пакет, соответствующий выбранной локальной сети, и
посылается на следующий шлюз или же прямо к конечному получателю.
Шлюз имеет возможность разбивать Internet датаграмму на более мел
кие датаграммы-фрагменты, если это необходимо для передачи по очередной локальной сети. Чтобы осуществить это, шлюз сам создает набор
Internet датаграмм, помещая в каждую по одному фрагменты. В дальнейшем фрагменты могут быть снова разбиты следующими шлюзами на еще более мелкие части. Формат фрагмента Internet датаграммы спроектирован
так, чтобы адресат - модуль Internet смог собрать фрагменты снова в
исходные Internet датаграммы.
Internet модуль, являющийся адресатом, выделяет сегмент из датаграммы (после ее сборки в случае необходимости) и затем передает его
по назначению на программу протокола TCP.
Данная простая модель действия протокола зачастую замалчивает множество деталей. Одной из важных характеристик является тип сервиса.
Этот признак дает указание шлюзу (или модулю Internet) о выборе параметров сервиса, которые должны использоваться при передаче датаграммы
в очередной локальной сети. Приоритет датаграммы указывается среди
информации о типе сервиса. Датаграммы также могут нести информацию о
безопасности с тем, чтобы позволить хост-компьютерам и шлюзам, действующим в многоуровневой системе безопасности, подвергать проверке
соответствующие датаграммы.
2.3 Программное обеспечение хост-компьютера
Предполагается, что программа протокола TCP является модулем операционной системы. Клиенты обращаются к протоколу TCP в значительной
степени так же, как если бы они обращались к файловой системе. Сам
протокол TCP может обращаться к другим функциям операционной системы,
к примеру, для управления структурами данных. Предполагается, что
собственно интерфейс с локальной сетью осуществляется драйвером
устройства. Протокол TCP не обращается непосредственно к драйверам
сетевых устройств, а вместо этого делает вызов для модуля Internet
протокола, который в свою очередь и обращается к драйверу устройства.
Механизм протокола TCP не исключает его реализации на входном процессоре. Однако, при такой реализации протокол общения между входными
процессорами должен обеспечивать средства для поддержки описанного в
этом документе интерфейса между пользователем и протоколом TCP.
2.4 Интерфейсы
Для запросов со стороны пользователя к протоколу TCP интерфейс
TCP/пользователь обеспечивает открытие и закрытие соединения, посылку
и получение данных или же получение статуса соединения. Эти запросы
похожи на другие запросы программы пользователя к операционной системе, например, на запросы открытия, чтения и закрытия файла.
Интерфейс между протоколами TCP и Internet поддерживает запросы на
посылку и получение датаграмм, адресованных на модули TCP в хост-
компьютерах в любом месте сети Internet. Рассматриваемые запросы имеют аргументы для указания адреса, типа сервиса, приоритета, безопасности, а также передачи другой управляющей информации.
2.5 Связь с другими протоколами
Нижеприведенная диаграмма иллюстрирует место протокола TCP в
иерархии протоколов
Рис.2 Взаимосвязь протоколов
Предполагается, что протокол TCP будет в состоянии эффективно поддерживать протоколы более высокого уровня. Протокол TCP должен легко
взаимодействовать с такими протоколами более высокого уровня, как
ARPANET Telnet или AUDIN II THP to the TCP.
2.6 Надежные коммуникации
Поток данных, посылаемый на TCP соединение, принимается получателем надежно и в соответствующей очередности.
Передача осуществляется надежно благодаря использованию подтверждений и номеров очереди. Концептуально каждому октету данных присваивается номер очереди. Номер очереди для первого октета данных в сегменте передается вместе с этим сегментом и называется номером очереди
для сегмента. Сегменты также несут номер подтверждения, который является номером для следующего ожидаемого октета данных, передаваемого в
обратном направлении. Когда протокол TCP передает сегмент с данными,
он помещает его копию в очередь повторной передачи и запускает таймер. Когда приходит подтверждение для этих данных, соответствующий
сегмент удаляется из очереди. Если подтверждение не приходит до истечения срока, то сегмент посылается повторно.
Подтверждение протокола TCP не гарантирует, что данные достигли
конечного получателя, а только то, что программа протокола TCP на
компьютере у получателя берет на себя ответственность за это.
Для направления потока данных между программами протоколов TCP
используется механизм управления потоками. Получающая программа протокола TCP сообщает "окно" посылающей программе. Данное окно указывает
количество октетов (начиная с номера подтверждения), которое принимающая программа TCP готова в настоящий момент принять.
2.7 Установка соединения и его отмена
Чтобы идентифицировать отдельные потоки данных, поддерживаемые
протоколом TCP, последний определяет идентификаторы портов. Поскольку
идентификаторы портов выбираются каждой программой протокола TCP независимо, то они не будут уникальны. Чтобы обеспечить уникальность
адресов для каждой программы протокола TCP, мы объединяем идентифицирующий эту программу Internet адрес и идентификатор порта. В результате получаем сокет, который будет уникален во всех локальных сетях,
объединенных в единое целое.
Соединение полностью определяется парой сокетов на своих концах.
Локальный сокет может принимать участие во многих соединениях с различными чужими сокетами. Соединение можно использовать для передачи
данных в обоих направлениях, иными словами, оно является "полностью
дуплексным".
Протокол TCP волен произвольным образом связывать порты с процессами. Однако при любой реализации протокола необходимо придерживаться
нескольких основополагающих концепций. Должны присутствовать общеизвестные сокеты, которые протокол TCP ассоциирует исключительно с
"соответствующими им" процессами. Мы представляем себе, как будто
процессы могут "владеть" портами и что процессы могут инициировать соединения только с тех портов, которыми они владеют. (С точки зрения
реализации протокола "владение" ограничивается хост-компьютером, однако мы можем представить себе команду пользователя по запросу порта
(Request Port) или же метод выделения группы уникальных портов данному процессу, например посредством ассоциирования старших байтов в
имени порта с данным процессом).
Соединение задается командой OPEN (открыть), сделанной с локального порта и имеющей аргументом чужой сокет. В ответ на такой запрос
программа протокола TCP предоставляет имя локального (короткого) со
единения. По этому имени пользователь адресуется к данному соединению
при последующих вызовах. О соединениях следует помнить кое-какие вещи.
Мы предполагаем, что имеется некая структура данных, называемая блоком управления передачей (Transmission Control Block -TCB), предназначенная для сохранения описанной выше информации. Можно было бы реализовать протокол таким образом, чтобы локальное имя для соединения
было бы указателем на структуру TCB последнего. Запрос OPEN указывает
также, осуществляется ли соединение активным образом, или же происходит пассивное ожидание соединения извне.
Запрос на пассивное открытие соединения означает, что процесс ждет
получения извне запросов на соединение, вместо того, чтобы пытаться
самому установить его. Часто процесс, сделавший запрос на пассивное
открытие, будет принимать запросы на соединение от любого другого
процесса. В этом случае чужой сокет указывается как состоящий целиком
из нулей, что означает неопределенность. Неопределенные чужие сокеты
могут присутствовать лишь в командах пассивного открытия.
Сервисный процесс, желающий обслужить другие, неизвестные ему процессы, мог бы осуществить запрос на пассивное открытие с указанием
неопределенного сокета. В этом случае соединение может быть установлено с любым процессом, запросившим соединения с этим локальным сокетом. Такая процедура будет полезна, если известно, что выбранный локальный сокет ассоциирован с определенным сервисом.
Общеизвестные сокеты представляют собой удобный механизм априорного привязывания адреса сокета с каким-либо стандартным сервисом. Например, процесс "сервер для программы Telnet" жестко связан с конкретным сокетом. Другие сокеты могут быть зарезервированы за передатчиком файлов, Remote Job Entry, текстовым генератором, эхо-сервером,
а также Sink-процессами (последние три пункта связаны с обработкой
текстов). Адрес сокета может быть зарезервирован для доступа к процедуре "просмотра", которая могла бы указывать сокет, через который
можно было бы получить новообразованные услуги. Концепция общеизвестного сокета является частью TCP спецификации, однако собственно асоциирование сокетов с услугами выходит за рамки данного описания протокола (см. Документ [4]).
Процессы могут осуществлять пассивные открытия соединений и ждать,
пока от других процессов придут соответствующие запросы на активное
открытие, а протокол TCP проинформирует их об установлении соединения. Два процесса, сделавшие друг другу одновременно запросы на активное открытие, получат корректное соединение. Гибкость такого подхода становится критичной при поддержке распределенных вычислений,
когда компоненты системы взаимодействуют друг с другом асинхронным
образом.
Когда осуществляется подбор сокетов для локального запроса пассивного открытия и чужого запроса на активное открытие, то принципиальное значение имеют два случая. В первом случае местное пассивное открытие полностью определяет чужой сокет. При этом подбор должен осуществляться очень аккуратно. Во втором случае во время местного пассивного открытия чужой сокет не указывается. Тогда в принципе может
быть установлено соединение с любых чужих сокетов. Во всех остальных
случаях подбор сокетов имеет частичные ограничения.
Если на один и тот же местный сокет осуществлено несколько ждущих
пассивных запросов на открытие (записанных в блоки TCB), и осуществляется извне активный запрос на открытие, то чужой активный сокет
будет связываться с тем блоком TCB, где было указание именно на этот
запросивший соединения сокет. И только если такого блока TCB не существует, выбор партнера осуществляется среди блоков TCB с неопределенным чужим сокетом.
Процедура установки соединения использует флаг управления синхронизацией (SYN) и трижды обменивается сообщениями. Такой обмен называется трехвариантным подтверждением [3].
Соединение инициируется при встрече пришедшего сегмента, несущего
флаг синхронизации (SYN), и ждущей его записи в блоке TCB. И сегмент
и запись создаются пришедшими от пользователей запросами на открытие.
Соответствие местного и чужого сокетов устанавливается при инициализации соединения. Соединение признается установленным, когда номера
очередей синхронизированы в обоих направлениях между сокетами.
Отмена соединения также включает обмен сегментами, несущими на
этот раз управляющий флаг FIN.
2.8 Коммуникация данных
Набор данных, передаваемых по соединению, можно рассматривать как
поток октетов. Пользователь, отправляющий данные, указывает при запросе по посылку, следует ли данные, отправляемые при этом запросе,
немедленно проталкивать через сеть к получателю. Указание осуществляется установкой флага PUSH (проталкивание).
Программа протокола TCP может собирать данные, принимаемые от
пользователя, а затем передавать их в сеть по своему усмотрению в виде сегментов. Если же выставлен запрос на проталкивание, то протокол
должен передать все не отправленные ранее данные. Когда программа протокола TCP, принимающая данные, сталкивается с флагом проталкивания,
ей не следует ожидать получения новых данных по сети до тех пор, пока
уже имеющиеся данные не будут переданы ждущему их местному процессу.
Нет нужды привязывать функции проталкивания к границам сегмента.
Данные, содержащиеся в каком-либо сегменте, могут быть результатом
одного или нескольких запросов на посылку. Или же один запрос может
породить несколько сегментов.
Целью функции проталкивания и флага PUSH является проталкивание
данных через сеть от отправителя к получателю. Функция не
осуществляет обработки самих данных.
Существует связь между функцией проталкивания и использованием
буферов данных в интерфейсе между пользователем и протоколом TCP.
Каждый раз, когда в буфер получателя приходят данные с флагом PUSH,
содержимое этого буфера передается пользователю на обработку, даже
если буфер и не был заполнен. Если приходящие данные заполняют буфер
пользователя до того, как получена команда проталкивания,
пользователю отправляется блок данных, соответствующий размеру
буфера. Протокол TCP имеет также средства для сообщения получателю,
что с некоторого момента он имеет дело со срочными данными. Протокол
TCP не пытается определить, что именно пользователь делает со ждущими
обработки срочными данными. Однако обычно предполагается, что
получающий данные процесс будет предпринимать усилия для быстрой
обработки срочных данных.
2.9 Приоритет и безопасность
Протокол TCP использует тип сервиса и опцию безопасности протокола
Internet с тем, чтобы пользователям протокола TCP обеспечить приоритет и безопасность на каждом соединении. Не все модули протокола TCP
обязательно будут действовать в многоуровневой системе обеспечения
безопасности. Некоторые модули ограничиваются только обычными, неспецифическими соединениями, другие ограничиваются лишь первым уровнем
безопасности и закрытости. Следовательно, некоторые реализации протокола TCP и услуг для пользователей могут использовать лишь часть многоуровневой системы безопасности.
Модули TCP, действующие в многоуровневой системе безопасности,
должны адекватным образом выставлять в отсылаемых сегментах флаги
безопасности и приоритета. Такие модули TCP должны также позволять
своим клиентам или вышестоящим протоколам, таким как Telnet и THP,
указывать требуемый уровень безопасности, закрытости и приоритета для
устанавливаемых соединений.
2.10 Принцип устойчивости
Все реализации протокола TCP будут следовать общему принципу
устойчивости: быть консервативным в своих действиях и предоставлять
свободу для других.
3 Спецификация для функций протокола
3.1 Формат заголовка
Передача TCP сегментов осуществляется в виде Internet датаграмм.
Заголовок датаграммы в Internet протоколе имеет несколько информационных полей, включая адреса отправляющего и принимающего хост-
компьютеров [2]. Заголовок TCP следует за Internet заголовком и дополняет его информацией, специфической для TCP протокола. Такое деление допускает использование на уровне хост-компьютеров протоколов,
иных нежели TCP.
Формат TCP заголовка
| 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 0 | 1 |
| Source Port | Destination Port |
| Sequence Number |
| Acknowledgment Number |
Data
Offset |
Reserved | U
R
G | A
C
K | P
S
H | P
S
T | S
Y
N | F
I
N |
Window |
| Checksum | Urgent Pointer |
| Options | Padding |
| Data |
Рис. 3 Формат TCP заголовка
Отметим, что каждая метка указывает здесь место для соответствующего
бита.
Source Port (порт отправителя) 16 бит
номер порта отправителя
Destination Port (порт получателя) 16 бит
номер порта получателя
Sequence Number (номер очереди) 32 бита
Номер очереди для первого октета данных в данном сегменте (за исключением тех случаев, когда присутствует флаг синхронизации SYN).
Если же флаг SYN присутствует, то номер очереди является инициализационным (ISN), а номер первого октета данных - ISN+1.
Acknowledgment Number (номер подтверждения) 32 бита
Если установлен контрольный бит ACK, то это поле содержит следующий
номер очереди, который отправитель данной датаграммы желает получить в обратном направлении. Номера подтверждения посылаются постоянно, как только соединение будет установлено.
Data Offset (смещение данных) 4 бита
Количество 32-битных слов в TCP заголовке. Указывает на начало поля данных. TCP заголовок всегда кончается на 32-битной границе
слова, даже если он содержит опции.
Reserved 6 бит
Это резервное поле, должно быть заполнено нулями.
Control Bits (контрольные биты) 6 бит
Биты этого поля слева направо
| URG: | поле срочного указателя задействовано |
|---|
| ACK: | поле подтверждения задействовано |
|---|
| PSH: | функция проталкивания |
|---|
| RST: | перезагрузка данного соединения |
|---|
| SYN: | синхронизация номеров очереди |
|---|
| FIN: | нет больше данных для передачи |
|---|
Window (окно) 16 бит
Количество октетов данных, начиная с октета, чей номер указан в
поле подтверждения. Количество октетов, получения которых ждет
отправитель настоящего сегмента.
Checksum (контрольная сумма) 16 бит
Поле контрольной суммы - это 16-битное дополнение суммы всех 16-
битных слов заголовка и текста. Если сегмент содержит в заголовке
и тексте нечетное количество октетов, подлежащих учету в контрольной сумме, последний октет будет дополнен нулями справа с тем,
чтобы образовать для предоставления контрольной сумме 16-битное
слово. Возникший при таком выравнивании октет не передается вместе
с сегментом по сети. Перед вычислением контрольной суммы поле этой
суммы заполняется нулями.
Контрольная сумма, помимо всего прочего, учитывает 96 бит псевдозаголовка, который для внутреннего употребления ставится перед
TCP заголовком. Этот псевдозаголовок содержит адрес отправителя,
адрес получателя, протокол и длину TCP сегмента. Такой подход
обеспечивает защиту протокола TCP от ошибшихся в маршруте сегментов. Эту информацию обрабатывает Internet протокол. Она передается
через интерфейс протокол TCP/локальная сеть в качестве аргументов
или результатов запросов от протокола TCP к протоколу IP.
| Адрес отправителя |
| Адрес получателя |
| нули | PTCL | длина TCP |
Длина TCP сегмента - это длина TCP заголовка и поля данных,
измеренная в октетах. Это не является точным указанием количества
передаваемых по сети октетов, она не учитывает 12 октетов псевдозаголовка, но тем не менее расчет этого параметра все же производится.
Urgent Pointer (срочный указатель) 16 бит
Это поле сообщает текущее значение срочного указателя.
Последний
является положительной величиной - смещением относительно
номера
очереди данного сегмента. Срочный указатель сообщает номер очереди
для октета, следующего за срочными данными. Это поле интерпретируется только в том случае, когда в сегменте выставлен
контрольный
бит URG.
Options (опции) длина переменная
Опции могут располагаться в конце TCP заголовка, а их длина кратна
8 бит. Все опции учитываются при расчете контрольной суммы.
Опции
могут начинаться с любого октета. Они могут иметь два формата:
- однооктетный тип опций;
- октет типа опции, октет длины опции и октеты данных
рассматриваемой опции.
В октете длины опции учитываются октет типа опции, сам октет
длины, а также все октеты с данными.
Заметим, что список опций может оказаться короче, чем можно указать в поле Data Offset. Место в заголовке, остающееся за
опцией
"End-of-Option", должно быть заполнено нулями. Протокол TCP должен
быть готов обрабатывать все опции.
В настоящее время определены следующие опции:
| Тип | Длина | Значение |
|---|
| 0 | - | конец списка опций |
| 1 | - | нет операций |
| 2 | 4 | максимальный размер сегмента |
Определения указанных опций
Конец списка опций
Этот код опции определяет конец списка опций. Конец списка может
не совпадать с концом TCP заголовка, указанным в поле Data Offset.
Эта опция используется после всех опций, но не после каждой из
них. Опцию необходимо использовать только в том случае, если иначе
не будет совпадения с концом TCP заголовка.
Нет операций
Опции этого типа могут ставиться между опциями. Целью при этом
может служить выравнивание очередной опции по границе слова. Нет
гарантии, что отправители будут использовать данную опцию. Поэтому
получатели должны быть готовы обрабатывать опции, даже если они не
будут начинаться на границе слова.
Максимальный размер сегмента
| 00000010 | 00000100 | макс.разм.сегм. |
| тип 2 | длина 4 | . |
Поле данных опции - 16 бит. Если опция присутствует в списке,
то она указывает для программы протокола TCP максимальный размер
получаемого сегмента, отправившей сегмент с этой опцией. Эту опцию
следует посылать лишь при первоначальном запросе на установление
соединения (т.е. в сегментах с установленным контрольным битом
SYN). Если данная опция не была использована, ограничения на размер отсутствуют.
Padding (выравнивание) длина переменная
Выравнивание TCP заголовка осуществляется с тем, чтобы убедиться в
том, что TCP заголовок заканчивается, а поле данных сегмента начинается на 32-битной границе. Выравнивание выполняется нулями.
3.2 Терминология
Прежде чем мы сможем обсудить многие детали действия TCP протокола, нам необходимо ввести подробную терминологию. Для поддержания TCP
соединения необходимо иметь несколько переменных. Мы решили, что эти
переменные будут помещены в соответствующую запись - блок управления
передачей (Transmission Control Block - TCB). Среди переменных блока
TCB имеются номера местного и чужого сокетов, флаги безопасности и
приоритета для данного соединения, указатели буферов посылки и получения, указатели текущего сегмента и очереди повторной посылки. Кроме
всего этого в TCB имеются несколько переменных, имеющих отношение к
номерам очередей отправителя и получателя.
Отправление
| SND.UNA | посылка неподтверждена |
|---|
| SND.NXT | послать следующий сегмент |
|---|
| SND.WND | отправить окно |
|---|
| SND.UP | отправить срочный указатель |
|---|
| SND.WL1 | номер очереди сегмента, использованный для обновления
последнего окна |
|---|
| SND.WL2 | номер подтверждения в сегменте, используемый для обновления последнего окна |
|---|
| ISS | первоначальный номер очереди отправления |
|---|
Получение
| RCV.NXT | - получить следующий сегмент |
|---|
| RCV.WND | - получить окно |
|---|
| RCV.UP | - получить срочный указатель |
|---|
| IRS | - первоначальный номер очереди получения |
|---|
Нижеприведенные диаграммы могут помочь связать некоторые из этих
переменных с местом в очереди
Очередь отправления
- старые номера очереди, которые получили подтверждение
- номера очереди для данных, не получивших подтверждения
- номера очереди, допущенные к новой передаче
- следующие номера очереди, чья передача еще не разрешена
Рис. 4 Очередь отправления
Окно отправления - это участок очереди, отмеченный меткой 3 на
рисунке 4.
Очередь получения
- старые номера очереди, которые получили подтверждение
- номера очереди, допущенные к очередному этапу получения
- следующие номера очереди, еще не получившие разрешения
Рис. 5 Очередь получения
Окно получения - это участок очереди, отмеченный меткой 2 на рисунке
5.
В обсуждении также часто используются некоторые переменные,
берущие свое значение из полей очередного сегмента.
Переменные для очередного сегмента
| SEG.SEQ | номер 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 |
|---|
Соединение во время функционирования проходит через серии промежуточных состояний. Это состояния LISTEN, SYN-SENT, SYN-RECEIVED,
ESTABLISHED, FIN-WAIT-1, FIN-WAIT-2, CLOSE-WAIT, CLOSING, LAST-ACK,
TIME-WAIT, а также фиктивное состояние CLOSED. Состояние CLOSED является фиктивным, поскольку оно представляет состояние, когда не существует блока TCP, а потому и нет соединения. Краткое описание состояний:
| LISTEN | Ожидание запроса на соединение со стороны чужих портов
и программ TCP |
|---|
| SYN-SENT | Ожидание парного запроса на установление соединения. С
нашей стороны запрос уже сделан. |
|---|
| SYN-RECEIVED | Ожидание подтверждения после того, как запрос
соединения уже принят и отправлен. |
|---|
| ESTABLISHED | Состояние открытого соединения, принимаемые данные можно представить пользователю. Это нормальное состояние соединения в фазе передачи данных. |
|---|
| FIN-WAIT-1 | Ожидание запроса от чужой программы TCP, или
подтверждения 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 со стороны чужой программы TCP запроса о закрытии соединения. |
|---|
| LAST-ACK | Ожидание запроса на закрытие соединения, ранее отправленного чужой программе TCP (запрос включал также подтверждение получения чужого запроса на закрытие соединения). |
|---|
| TIME-WAIT | Ожидание когда истечет достаточное количество времени
и можно быть уверенным, что чужая программа TCP получила подтверждение своего запроса на закрытие соединения. |
|---|
| CLOSED | Состояние полного отсутствия соединения. |
|---|
Соединение TCP переходит с одного состояния на другое в ответ на события. Событие - это запросы клиента (открытие, посылка, получение,
закрытие, отказ, получение состояния соединения), приход сегментов, и
особенно тех, которые содержат флаги SYN, ACK, RST и FIN, а также истечение выделенного времени.
Диаграмма состояний на рисунке 6 иллюстрирует лишь смену состояний, а
также вызвавшие это события, производимые действия, но не адреса, условия ошибок, не действия, не связанные прямо с изменением состояния.
Более подробные сведения о действиях программы протокола TCP в ответ
на события приведены в последней главе.
Замечание. Данная диаграмма является лишь сводной, но не должна
восприниматься как полная спецификация. 
3.3 Номер очереди
Основополагающей идеей в проектировании протокола является то, что
каждый октет данных, посылаемый на TCP соединение, имеет номер очереди. Поскольку каждый октет пронумерован, то каждый из них может быть
опознан. Приемлемый механизм опознания является накопительным, так
что опознание номера X означает, что все октеты с предыдущими номерами уже получены. Этот механизм позволяет регистрировать появление
дубликатов в условиях повторной передачи. Нумерация октетов в пределах сегмента осуществляется так, чтобы первый октет данных сразу
вслед за заголовком имел наименьший номер, а следующие за ним октеты
имели номера по возрастающей.
Важно помнить о том, что количество номеров для очереди, хоть и
велико, но ограничено. Диапазон номеров - от 0 до 2**32-1. Поскольку
набор ограничен, то все арифметические операции с номерами очередей
должны осуществляться по модулю 2**32. Это совсем не означает всякий
раз предварительную арифметическую проверку номеров очереди на попадание в диапазон от 2**32-1 до 0. В работе с модульной арифметикой
есть некие тонкости, поэтому нужно аккуратно программировать сравнение столь больших величин. Так символ '=<' означает "меньше или равно" (по модулю 2**32).
Протокол TCP должен осуществлять следующие типы сравнения для
номеров очереди:
| (a) | является ли номер в подтверждении номером очереди для октетов,
уже отправленных, но еще не получивших подтверждения; |
| (b) | получили ли все октеты в сегменте подтверждение своих номеров
(т.е. следует ли удалить данный сегмент из очереди на повторную посылку); |
| (c) | содержит ли пришедший сегмент ожидаемые нами номера (т.е.
"перекрывает" ли этот сегмент окно получателя). |
В ответ на посылку данных протокол TCP будет получать их подтверждение. Для работы с полученным подтверждением необходимо уметь делать сравнение для
| SND.UNA | самого старого из номеров, не имевших подтверждения, |
|---|
| SND.NXT | следующего номера очереди, ждущего посылки, |
|---|
| SEG.ACK | номера подтверждения, полученного от чужой принимающей программы TCP (следующего номера очереди, ожидаемого чужой
программой TCP), |
|---|
| SEG.SEQ | номера очереди первого октета в сегменте, |
|---|
| SEG.LEN | количества октетов в поле данных сегмента (учитывая SYN и
FIN), |
|---|
| SEG.SEQ+SEG.LEN-1 | номера очереди последнего октета из сегмента. |
|---|
Новое подтверждение (называемое "подтверждением приемлемости") -
это подтверждение выполнимости неравенств
SND.UNA < SEG.ACK =< SND.NXT
Сегмент из очереди повторной посылки получает полное подтверждение,
если сумма его номера в очереди и длины поля данных меньше или равна
номеру подтверждения из пришедшего сегмента.
При получении данных необходимо производить операции сравнения для
следующих величин:
| RCV.NXT | следующий номер из очереди приходящих сегментов, а также левая или нижняя граница окна получения, |
|---|
| RCV.NXT+RCV.WND-1 | номер очереди последнего сегмента, ожидаемого в приходящем сегменте, а также правая или верхняя граница окна получения, |
|---|
| SEG.SEQ | первый номер в очереди, принесенный пришедшим сегментом, |
|---|
| SEG.SEQ+SEG.LEN-1 | последний номер в очереди, принесенный пришедшим сегментом. |
|---|
|
Считается, что сегмент перекрывает часть разрешенных номеров в
очереди получения, если
RCV.NXT =< SEG.SEQ < RCV.NXT+RCV.WND или
RCV.NXT =< SEG.SEQ+SEG.LEN-1 < RCV.NXT+RCV.WND
Первая часть этого текста смотрит, попадает ли начало сегмента на окно, а вторая часть - попадает ли в окно задняя часть сегмента. Если
выполняется какая-либо часть теста, то сегмент попадает в окно.
Действительность несколько сложнее. Выбирая окно нулевой длины
или сегмент нулевой длины, мы получаем четыре варианта проверки на
приемлемость для приходящих сегментов
длина
сегмента | окно
получения | тест |
| 0 | 0 | SEG.SEQ = RCV.NXT |
| 0 | >0 | RCV.NXT =< SEG.SEQ < RCV.NXT+RCV.WND |
| >0 | 0 | неприемлемо
|
| >0 | >0 | RCV.NXT =< SEG.SEQ < RCV.NXT+RCV.WND или
RCV.NXT =< SEG.SEQ+SEG.LEN-1 < RCV.NXT+RCV.WND
|
Заметим, что когда окно, получения нулевое, никакие сегменты приниматься не будут за исключением ACK сегментов. Таким образом, протокол
TCP может устанавливать нулевое окно получения при передаче данных и
получении подтверждений. Однако даже когда окно получения нулевое,
программа протокола TCP обязана обрабатывать поля RST и URG всех приходящих сегментов.
Мы получили преимущество данной схемы нумерации в том, что она
допускает также защиту для определенной управляющей информации. Это
достигается косвенным образом посредством включения некоторых контрольных флагов в очередь, так что они могут быть повторно посланы и
подтверждены без сбоя (т.е. будет задействована одна или несколько
копий).
Управляющая информация реально находится не в поле данных
сегмента. Следовательно, мы должны принять правила косвенного присвоения номеров очереди сегментам управления. SYN и FIN являются единственными управляющими сигналами, приемлемыми для такой защиты, и они
используются только при открытии и закрытии соединения. Для целей
поддержания очередности, сигнал SYN рассматривается как стоящий перед
первым действительным октетом данных в сегменте, куда оба они были
помещены. В то же время FIN считается стоящим после последнего реального октета данных в сегменте. Длина сегмента (SEG.LEN) учитывает как
данные, так и номера очереди, отведенные под управление. В случае,
когда присутствует SYN, значение SEG.SEQ соответствует номеру в очереди для сигнала SYN.
Выбор первоначального номера для очереди
Протокол не накладывает ограничения на многократное повторное использование конкретного соединения. Соединение задается подбором пары
сегментов. Новые запросы на установление какого-либо соединения будут
рассматриваться как повторные реализации этого соединения. Вследствие
такого подхода возникает следующая проблема: "Как протокол TCP отличает дубликаты сегментов, оставшиеся от предыдущей реализации этого
соединения?" Эта проблема становится явной, если соединение быстро
открывается и закрывается несколько раз подряд, или же если соединение прерывает свою работу с потерей информации, хранившейся в оперативной памяти компьютера, и затем устанавливается повторно.
Чтобы
избежать сбоя, мы должны избегать использования сегментов данной реализации соединения, когда в сети еще присутствуют те же самые номера
очереди, оставшиеся от предыдущей реализации соединения. Мы желаем
застраховаться от этого, даже если программа протокола TCP даст сбой
и потеряет всю информацию об используемых ею номерах очередей. При
создании новых соединений применяется генератор первоначальных номеров очереди (ISN), который выбирает новые 32 битные значения ISN.
Генератор привязан к 32-битным часам (вероятно, фиктивным), чье значение меняется каждые 4 микросекунды. Таким образом, полный цикл часов ISN составляет примерно 4.55 часа. Поскольку мы полагаем, что
сегменты будут существовать в сети не более максимального времени
жизни сегмента (Maximum Segment Lifetime - MSL), и что MSL меньше,
чем 4.55 часа, то мы можем с основанием полагать, что номера ISN будут уникальны.
Для каждого соединения существует номер в очереди отправления и
номер в очереди получения. Первоначальный номер в очереди отправления
(ISS) выбирается программой TCP, посылающей данные в этой очереди, а
первоначальный номер в очереди получения (IRS) выясняется во время
установления соединения.
Во время установления или инициализации какого-либо соединения обе
программы протокола TCP должны синхронизировать друг с другом первоначальные номера очередей. Это осуществляется посредством обмена сегментами, устанавливающими соединения, несущими контрольный бит, называемый "SYN" (for synchronize - для синхронизации), несущими исходные
номера для очередей. Для краткости, сегменты, несущие бит SYN, также
называются SYN сегментами. Следовательно, решение проблемы требует
приемлемого механизма для подбора первоначального номера очереди и
немногочисленных сигналов подтверждения при обмене номерами ISN.
Синхронизация требует, чтобы каждая сторона, участвующая в соединении, посылала свой собственный первоначальный номер очереди, а также получала подтверждение на это от напарника. Каждая сторона должна
также получить первоначальный номер очереди от напарника и послать
подтверждение.
| 1) A --> B сигнал SYN: мой номер очереди X |
| 2) A <-- B сигнал ACK: ваш номер очереди X |
| 3) A <-- B сигнал SYN: мой номер очереди Y |
| 4) A --> B сигнал ACK: ваш номер очереди Y |
Поскольку шаги 2 и 3 можно объединить в одно сообщение, последнее
называется подтверждением трех путей (трех сообщений).
Подтверждение трех путей необходимо, поскольку номера очереди не
привязываются к неким глобальным часам данной компьютерной сети, и
программы TCP могут иметь различные механизмы для подбора номеров
ISN. Получатель первого сигнала SYN не может знать, задержался ли
этот сигнал и уже устарел, или это не так, даже если получатель не
помнит последний номер очереди, использованный этим соединением (что
тоже не всегда возможно). Так что он должен попросить отправителя
проверить этот сигнал SYN. Подтверждение трех путей и преимущества
хронометрированной схемы обсуждаются в статье [3].
Период молчания
Чтобы быть уверенным в том, что программа TCP не создает сегмента,
несущего номер очереди, который уже используется старым сегментом,
все еще "ходящим" по сети, программа TCP должна сохранять молчание по
крайней мере в течении времени жизни сегмента (MSL) до тех пор, пока
она не назначит какие-либо номера очереди при запуске или восстановлении после сбоя, когда записи в памяти для прежних номеров из очереди были потеряны. В данной спецификации MSL берется равным 2 минуты.
Это значение выбрано разработчиками и может быть изменено, если практика покажет необходимость в этом. Заметим, что если программа протокола в некотором смысле повторно инициализируется, но при этом в памяти остались применявшиеся ранее номера очереди, то в ожидании нужды
нет; следует лишь убедиться в том, что новые рабочие номера очередей
больше, чем применявшиеся ранее.
Концепция периода молчания в протоколе TCP
Данная спецификация ставит условие что компьютеры, потерпевшие
крах с потерей всей информации о последних номерах очередей, передаваемых по открытым (т.е. не закрытым специальной командой) соединениям, будут воздерживаться от посылки каких-либо TCP сегментов в течении по крайней мере максимального времени жизни сегмента (Maximum
Segment Lifetime - MSL) в системе Internet, чей частью и является
данный хост. В последующих параграфах приводится объяснение для этой
спецификации. Некоторые реализации протокола TCP могут нарушать соглашение о периоде молчания, рискуя при этом тем, что некоторые получатели в системе Internet будут воспринимать старые данные как новые,
или новые данные будут отброшены словно дубликаты в действительности
устаревших сегментов.
Программы протокола используют новые номер очереди всякий раз,
когда какой-либо сегмент формируется и помещается на хосте в очередь
отправления по сети. Процедура фиксирования дубликатов и алгоритм
очереди в протоколе TCP полагаются на уникальное связывание данных
сегмента с местом в очереди. Номера очереди не успевают пройти весь
диапазон в 2**32 значения, прежде чем связанные с ними данные из отправленного сегмента получат подтверждение от получателя, а все
копии-дубликаты упомянутого сегмента покинут сеть Internet. Без этого
условия можно предположить, что двум отдельным TCP сегментам могут
быть назначены одинаковые или перекрывающиеся номера, что вызовет
проблему у получателя при определении, какие данные являются новыми,
а какие устаревшими. Напомним, что каждый сегмент привязан как ко
множеству следующих друг за другом номеров очереди, так и к имеющимся
в этом сегменте октетам данных.
При обычных условиях программы TCP отслеживают текущий номер очереди, подлежащий отправке, а также самое старое из ожидаемый подтверждений, что позволяет избежать ошибочного использования номера очереди, прежде чем будет получено подтверждение от более раннего использования этого же номера. Одно это не гарантирует, что старые данные - дубликаты будут удалены из сети, поэтому номера очереди сделаны очень
большими, чтобы уменьшить вероятность того, что странствующие по сети
дубликаты вызовут сбой по прибытии. При скорости обмена 2
мегабайта/сек очереди в 2**32 октета хватает на 4.5 часа. Поскольку
максимальное время жизни сегмента в сети вряд ли превышает несколько
десятков секунд, это считается достаточной защитой для будущих сетей,
даже если скорости передачи данных возрастут до десятков мегабит/сек.
При скорости 100 мегабит/сек один цикл использования всех номеров
очереди составляет 5.4 минуты, что может быть достаточно мало, но еще
остается приемлемым.
Однако основной механизм регистрации дублей и поддержания очередей
может быть отменен, если программа протокола TCP, посылающая данные,
не имеет места в памяти для хранения номеров в очереди, которые она
использовала в последний раз для конкретного соединения. Например,
если программа TCP при создании всех соединений начинает с номера
очереди 0, то при сбое и повторном запуске программа TCP может повторно сформировать прежнее соединение (возможно, после анализа наполовину открытого соединения) и послать по нему пакеты, чьи номера в
очереди полностью совпадают или лишь частично перекрывают номера пакетов, которые еще присутствуют в сети и были отправлены предыдущей
реализацией этого же соединения. В отсутствие сведений о номерах
очереди, прежде использовавшихся для передачи информации по данному
конкретному соединению, спецификация протокола TCP рекомендует отправителю воздержаться на MSL секунд от посылки сегментов по этому со
единению, что даст возможность сегментам, запущенным в сеть старой
реализацией соединения, покинуть систему.
От этой проблемы не защищены даже те хост-компьютеры, которые могут отслеживать текущее время и использовать его при выборе исходных
номеров очереди (т.е. даже если время используется для выбора исходного номера при реализации каждого нового соединения).
В качестве примера предположим, что соединение открыто со стартовым номером очереди S. Предположим также, что это соединение используется не столь часто и возможно, функция определения исходного номера очереди (ISN(t)) принимает значение (скажем, S1), равное номеру
последнего сегмента, отправленного данной программой TCP, по этому
конкретному соединению, Теперь предположим, что именно в этот момент
хост-компьютер дал сбой, восстановился и устанавливает новую реализацию этого соединения. Первоначальный номер очереди при этом будет
S1=ISN(t), а это последний номер очереди в старой реализации соединения! Если восстановление произойдет достаточно быстро, то старые дубликаты, созданные с номером очереди, близким к номеру S1, могут быть
получены своим адресатом и обработаны так, как будто бы это новые
пакеты в новой реализации соединения.
Проблема состоит в том, что хост-компьютер - получатель может не
знать, как долго он был в состоянии сбоя и существуют ли еще в системе старые дубликаты, оставшиеся от прежних реализаций соединений.
Одним из путей решения этой проблемы является преднамеренная задержка в отправлении сегментов в течении времени MSL после восстановления вслед за крахом - это спецификация периода молчания. Хост-компьютеры, предпочитающие избегать паузы, рискуют получить проблему
столкновения старых и новых пакетов на каком-либо адресате, пожелавшем не прибегать к периоду молчания.
Реализации протокола могут предложить пользователям TCP возможность выбора между ожиданием в соединениях после сбоя и несоблюдением
периода молчания для любых соединений. Очевидно, что для тех программ, где пользователь выбрал режим ожидания, в действительности, в
этом нет нужды после того, как компьютер был выключен по крайней мере
MSL секунд.
Итак, каждый отправленный сегмент занимает один или несколько номеров в очереди ожидания. Номера, отведенные под сегмент, являются
"занятыми" или "в работе", пока не истекут MSL секунд. При сбое определенное место в очереди в течении определенного времени продолжает
оставаться занятым октетами из последнего отправленного сегмента.
Если вскоре создается новое соединение и оно использует какие-либо
номера из очереди в момент, когда ими еще пользуется сегмент из предыдущей реализации соединения, то следовательно эта область перекрывания номеров очередей может являться причиной проблем у получателя.
3.4 Установление соединения
"Подтверждение трех путей" - это процедура, используемая при установлении соединения. Эта процедура обычно инициируется программой
протокола TCP в ответ на запрос другой программы TCP. Данная процедура также работает, если две программы TCP инициируют ее одновременно.
Когда попытка инициализации осуществляется с обоих концов одновременно, каждая программа протокола TCP получает сегмент "SYN", который не
несет подтверждения для уже отправленного ею "SYN". Конечно, прибытие
старых дубликатов сегмента "SYN" может произвести впечатление на получателя, будто осуществляется одновременное открытие соединения.
Корректное применение сегментов "перезагрузки" может предотвратить
двусмысленность таких ситуаций.
Ниже приведены несколько примеров инициализации соединений. Хотя
эти примеры не показывают синхронизации соединения с помощью сегментов, несущих данные, это совершенно правомерно, поскольку программа
TCP, получающая сегменты, не передаст данные своему клиенту, пока не
станет очевидным корректность данных (т.е. данные должны
"складироваться" пользователем до тех пор, пока соединение не перейдет в состояние ESTABLISHED). Подтверждение трех путей уменьшает вероятность появления ложных соединений. Получение информации для такой
проверки достигается посредством реализации обмена между памятью компьютера и циркулирующими в сети сообщениями.
Простейшая процедура подтверждения трех путей показана ниже на
рисунке 7. Рисунки следует интерпретировать следующим образом. Для
удобства каждая строка пронумерована. Правые стрелки (-->) показывают
отправление TCP сегмента от программы TCP A в программу TCB B, или же
получение сегмента программой B из программы A. Левые стрелки (<--)
показывают обратные процессы. Многоточие (...) показывает сегмент,
который все еще задерживается в сети. "XXX" указывает на сегмент,
который потерян или отвергнут. Комментарии появляются в скобках.
Здесь "состояния" программы протокола TCP соответствуют моменту сразу
после посылки или получения сегмента (содержимое этого сегмента показано в средней колонке каждой строки). Содержимое сегмента в приводится в сокращенной форме и представляет собой номер очереди, флаги
управления и поле ACK. Остальные поля сегмента, такие как окно, длина
и поле данных остаются за рамками нашего интереса.
| . | TCP A | . | TCP B |
| 1. | CLOSED | . | LISTEN |
| 2. | SYN-SENT | --> | <SEQ=100><CTL=SYN> | --> | SYN-RECEIVED |
| 3. | ESTABLISHED | <-- | <SEQ=300><ACK=101><CTL=SYN,ACK> | <-- | SYN-RECEIVED |
| 4. | ESTABLISHED | --> | <SEQ=101><ACK=301><CTL=ACK> | --> | ESTABLISHED |
| 5. | ESTABLISHED | --> | <SEQ=101><ACK=301><CTL=ACK><DATA> | --> | ESTABLISHED |
Основная процедура подтверждения трех путей для
синхронизации соединения
Рисунок 7.
На строке 2 рисунка 7 программа TCP A начинает с посылки сигнала
SYN, показывая тем самым, что она будет использовать номера очереди,
начиная с номера 100. На строке 3 программа TCB B посылает сигнал
SYN, а также подтверждение о том, что сигнал SYN со стороны программы
TCP A получен. Заметим, что поле подтверждения информирует о том, что
программа TCP B в данный момент ожидает получение номера 101. Последнее также подтверждает, что сигнал SYN уже занял место в очереди под
номером 100.
На строке 4 для отправленного программой TCP B в строке 3 сигнала
SYN программа TCP A дает ответ с помощью пустого сегмента, содержащего сигнал ACK . В строке 5 программа TCP A передает по сети уже некую
порцию данных. Заметим, что сегмент в строке 5 имеет тот же номер
очереди, что был у сегмента в строке 4, поскольку сигнал ACK в очереди места не занимает (если бы это было не так, то нам следовало обзавестись подтверждением -ACK- для самого подтверждения!).
На рисунке 8 показана та же инициализация с незначительными усложнениями. Каждая программа TCP проходит по очереди состояния CLOSED,
SYN-SENT, SYN-RECIEVED и наконец, ESTABLISHED.
| . | TCP A | . | TCP B |
| 1. | CLOSED | . | CLOSED |
| 2. | SYN-SENT | --> | <SEQ=100><CTL=SYN> | ... |
| 3. | SYN-RECEIVED | <-- | <SEQ=300><CTL=SYN> | <-- | SYN-SENT |
| 4. | . | ... | <SEQ=100><CTL=SYN> | --> | SYN-RECEIVED |
| 5. | SYN-RECEIVED | --> | <SEQ=100><ACK=301><CTL=SYN,ACK> | ... | . |
| 6. | ESTABLISHED | <-- | <SEQ=300><ACK=101><CTL=SYN,ACK> | <-- | SYN-RECEIVED |
| 7. | . | ... | <SEQ=101><ACK=301><CTL=ACK> | --> | ESTABLISHED |
Одновременная синхронизация соединения
Рисунок 8
Главной причиной для применения подтверждения трех путей является
попытка предотвратить возникновение сбоев при получении старых дубликатов, инициирующих соединение. Для работы с подтверждением трех путей придумано специальное контрольное сообщение - перезагрузка
(reset).
Если получающая сигнал программа TCP находится не в синхронизированном состоянии (т.е. в SYN-SENT, SYN-RECEIVED), то она возвращает сигнал LISTEN, показывая, что она получила приемлемый сигнал
перезагрузки. Если же программа TCP находится в одном из синхронизированных состояний (ESTABLISHED, FIN-WAIT-1, FIN-WAIT-2, CLOSE-WAIT,
CLOSING, LAST-ACK, TIME-WAIT), то она ликвидирует соединение и проинформирует об этом своего клиента. Мы обсудим ниже такую ситуацию
при рассмотрении "наполовину открытых" соединений.
| . | TCP A | . | TCP B |
| 1. | CLOSED | . | LISTEN |
| 2. | SYN-SENT | --> | <SEQ=100><CTL=SYN> | ... | . |
| 3. | (дубликат) | ... | <SEQ=90><CTL=SYN> | --> | SYN-RECEIVED |
| 4. | SYN-SENT | <-- | <SEQ=300><ACK=91><CTL=SYN,ACK> | <-- | SYN-RECEIVED |
| 5. | SYN-SENT | --> | <SEQ=91><CTL=RST> | --> | LISTEN |
| 6. | . | ... | <SEQ=100><CTL=SYN> | --> | SYN-RECEIVED |
| 7. | SYN-SENT | <-- | <SEQ=400><ACK=101><CTL=SYN,ACK> | <-- | SYN-RECEIVED |
| 8. | ESTABLISHED | --> | <SEQ=101><ACK=401><CTL=ACK> | --> | ESTABLISHED |
Получение старого дубликата сигнала SYN
Рисунок 9
В качестве простого примера рассмотрим ситуацию с получением старых дубликатов на рисунке 9. На строке 3 старый дубликат сигнала SYN
достигает программу TCP B. Последняя не может определить, что это
старый дубликат, и поэтому отвечает обычным образом (строка 4).
Программа TCP A обнаруживает ошибочное значение в поле ACK и поэтому
возвращает сигнал RST (перезагрузка). При этом значение поля SEQ выбирается таким образом, чтобы сделать сегмент правдоподобным. Про
грамма TCP B по получении сигнала RST переходит в состояние LISTEN.
Когда на строке 6 сигнал SYN, действительный, а не устаревший, достигает программу TCP B, процесс синхронизации происходит нормально.
Если же сигнал SYN на строке 6 достигает программу TCP B прежде сигнала RST, может возникнуть более сложная комбинация обмена с посылкой
RST в обоих направлениях.
Наполовину открытые соединения и другие аномалии
Уже установившееся соединение называется "наполовину открытым",
если одна из программ TCP закрыла соединение, или отказалась от него.
Причем сделала это на своем конце, не предупредив своего партнера.
Также такая ситуация может возникнуть, если нарушена синхронизация на
концах линии вследствие сбоя, приведшего к потере информации в памяти. Если на таких соединениях делается попытка отправить данные в
каком-либо направлении, то автоматически производится перезагрузка
соединения. Однако предполагается, что наполовину открытые соединения
являются редкостью, а процедура восстановления применяется в сети
весьма умеренно.
Если на конце A соединение считается уже несуществующим, а клиент
на конце B пытается послать данные, то это приведет к тому, что программа TCP на конце B получит контрольное сообщение о перезагрузке.
Такое сообщение показывает программе TCP на конце B, что что-то неправильно и ей предлагается ликвидировать это соединение.
Предположим, что два клиента в точках A и B общаются друг с другом, и в этот момент происходит крах, приводящий к потере информации
в памяти у программы TCP на конце A. В зависимости от операционной
системы, обслуживающей программу TCP A, вероятно, будет задействован
некий механизм исправления ошибки. Когда программа TCP A будет запущена вновь, она, вероятно, вновь начнет свою работу с самого начала
или же с инструкции преодоления сбоя. В результате, программа A, вероятно, попытается открыть (OPEN) соединение или послать информацию
(SEND) через соединение, которое, как она полагает, является открытым. В последнем случае от местной программы TCP (на конце A) будет
получено сообщение "соединение не открыто". При попытке установить
соединение программа TCP A будет посылать сегмент, содержащий сигнал
SYN. Такой сценарий приводит к ситуации, показанной на рисунке 10.
После того, как программа TCP A потерпит крах, пользователь попытается повторно открыть соединение. Программа TCP B тем временем продолжает полагать, будто соединение остается открытым.
| . | TCP A | . | TCP B |
| 1. | сбой | . | (номер посылки 300, получения - 100) |
| 2. | CLOSED | . | ESTABLISHED |
| 3. | SYN-SENT | --> | <SEQ=400><CTL=SYN> | --> | (??) |
| 4. | (!!) | <-- | <SEQ=300><ACK=100><CTL=SYN> | <-- | ESTABLISHED |
| 5. | SYN-SENT | --> | <SEQ=100><CTL=RST> | --> | (ликвидация!!) |
| 6. | SYN-SENT | . | CLOSED |
| 7. | SYN-SENT | --> | <SEQ=400><CTL=SYN> | --> | . |
Обнаружение наполовину открытого соединения
Рисунок 10
Когда на строке 3 сигнал SYN достигает программу TCP B, находящуюся в синхронизированном состоянии, а пришедший сегмент находится за
пределами окна, программа TCP B отвечает на это его подтверждением,
показывает номер очереди, который она желает получить (ACK=100). Программа TCP A, видя, что сегмент на строке 4 не подтвердил отправленную ею информацию, фиксирует отсутствие синхронизации и посылает сигнал перезагрузки (RST), поскольку обнаружено, что соединение является
открытым наполовину. На строке 5 программа TCP B ликвидирует соединение. Программа TCP A будет продолжать попытки установить соединение.
Теперь возникшая проблема решается простым подтверждением трех путей
(рисунок 7).
Другой интересный сюжет имеет место, если программа TCP A терпит
крах, а программа TCP B, полагая, что находится в состоянии синхронизации, пытается послать данные. Эта ситуация показана на рисунке 11.
В этом случае данные, отправленные программой TCP B, и пришедшие на
программу TCP A (строка 2). будут отвергнуты, поскольку используемого
ими соединения не существует. На основании этого программа TCP A посылает сигнал RST. Как только сигнал RST принят программой TCP B, он
будет рассмотрен, а использованное прежде соединение будет ликвидировано.
| . | TCP A | . | TCP B |
| 1. | сбой | . | (номер посылки 300, получения - 100) |
| 2. | (??) | <-- | <SEQ=300><ACK=100><DATA=10><CTL=SYN> | <-- | ESTABLISHED |
| 3. | . | --> | <SEQ=100><CTL=RST> | --> | (ликвидация!!) |
Активная сторона приводит к обнаружению
наполовину открытого соединения
Рисунок 11
На рисунке 12 показано, что две программы TCP - A и B - ,имея
пассивное состояние, ждут сигнала SYN. Старый дубликат сигнала, достигает программу TCP B (строка 2), запускает ее. Возвращается сигнал
SYN-ACK (строка 3) и заставляет программу TCP A генерировать сигнал
RST (на строке 3 сигнал ACK неприемлем). Программа TCP B принимает
команду перезагрузки и возвращается в пассивное состояние LISTEN.
| . | TCP A | . | TCP B |
| 1. | LISTEN | . | LISTEN |
| 2. | . | ... | <SEQ=Z><CTL=SYN> | --> | SYN-RECEIVED |
| 3. | (??) | <-- | <SEQ=X><ACK=Z+1><CTL=SYN,ACK> | <-- | SYN-RECEIVED |
| 4. | . | --> | <SEQ=Z+1><CTL=RST> | --> | возврат в LISTEN |
| 5. | LISTEN | . | LISTEN |
Старый дубликат сигнала SYN инициирует перезагрузку
на двух пассивных сокетах
Рисунок 12
Может быть множество других вариаций, которые могут быть объяснены
нижеописанными правилами для создания и обработки сигналов RST.
Создание сигнала перезагрузки
Согласно главному правилу, сигнал перезагрузки (RST) должен посылаться всякий раз, когда приходит сегмент, который очевидным образом
не предназначен для данного соединения. Если непонятно, имеет ли место данный случай, следует воздержаться от перезагрузки.
Можно выделить три группы состояний для соединения:
- Если соединения не существует (CLOSED), то сигнал перезагрузки посылается в ответ на любой пришедший сегмент, за исключением
встречного сигнала перезагрузки. В частности, сигналы SYN, адресованные на несуществующее соединение, отвергаются именно таким образом.
Если приходящий сегмент имеет флаг в поле ACK, то сегмент с сигналом перезагрузки получает номер для очереди из поля ACK первого
сегмента. В противном случае сегмент с сигналом перезагрузки имеет
нулевой номер очереди и значение в поле ACK, равным сумме номера
очереди пришедшего сегмента и его же длины. Соединение остается в
состоянии CLOSED.
- Если соединение находится в каком-либо не синхронизированном состоянии (LISTEN, SYN-SENT, SYN-RECEIVED), если какие-либо подтверждения пришедшего сегмента еще не отправлены (сегмент несет неприемлемое значение в поле ACK) или пришедший сегмент имеет уровень
безопасности/закрытости не соответствующий уровню и защите данного
соединения, то отправляется сигнал перезагрузки.
Если наш сигнал SYN не был подтвержден, а уровень приоритета пришедшего сегмента больше запрошенного уровня, то либо будет увеличен местный уровень приоритета (если это приемлемо для пользователя и системы), либо будет послан сигнал перезагрузки. Или же если
уровень приоритета пришедшего сегмента меньше запрошенного, то обработка будет продолжена далее, как если бы уровень был таким же
(если чужая программа TCP не может повысить уровень приоритета до
нашего, то это будет отмечено в следующем отправляемом ею сегменте, тогда и будет закрыто соединение). Если наш сигнал SYN получил
подтверждение (возможно в пришедшем к нам сегменте), то уровень
приоритета пришедшего сегмента должен точно соответствовать мест ному уровню. Если последнее условие не выполняется, посылается
сигнал перезагрузки.
Если приходящий сегмент несет сигнал ACK, то сигнал перезагрузки
будет иметь номер в очереди, соответствующий номеру сигнала ACK в
пришедшем сегменте. В противном случае сигнал перезагрузки будет
иметь нулевой номер очереди, а сигнал ACK - номер, равный сумме
номера пришедшего сегмента и его же длины. Соединение не меняет
своего состояния.
- Если соединение находится в синхронизированном состоянии
(ESTABLISHED, FIN-WAIT-1, FIN-WAIT-2, CLOSE-WAIT, CLOSING, LAST
ACK, TIME-WAIT), то любой неприемлемый сегмент (не попадающий в
окно номеров очереди, несущий неправильный номер подтверждения)
должен приводить к появлению сегмента с пустым полем подтверждения, содержащего текущий номер в очереди на посылку, а также подтверждение, указывающее на следующий ожидаемый с этого соединения
номер. Соединение остается в своем прежнем состоянии.
Если пришедший сегмент имеет уровень защиты, изоляции или приоритета, не соответствующий местному уровню соединения, то отправляется сигнал перезагрузки, а соединение переходит в состояние
CLOSED. Сигнал перезагрузки имеет номер очереди, соответствующий
номеру сигнала ACK в пришедшем сегменте.
Обработка сигнала на перезагрузку
Для всех состояний, кроме SYN-SENT, все сегменты с сигналом перезагрузки (RST) проходят проверку полей SEQ. Сигнал перезагрузки признается, если его номер очереди попадает в окно. В состоянии же SYN
SENT (сигнал RST получен в ответ на посылку инициирующего сигнала
SYN), сигнал RST признается, если поле ACK подтверждает ранее сделанную посылку сигнала SYN.
Получатель сигнала RST сперва проверяет его, и лишь потом меняет
свое состояние. Если получатель находился в состоянии LISTEN, то он
игнорирует сигнал. Если получатель находился в состоянии SYN-
RECEIVED, то он возвращается вновь в состояние LISTEN. В иных случаях
получатель ликвидирует соединение и переходит в состояние CLOSED. Если
получатель находится в каком-либо ином состоянии, то он ликвидирует
соединение и прежде чем перейти в состояние CLOSED, оповещает об этом
своего клиента.
3.5 Закрытие соединения
Состояние CLOSED означает "я не имею данных для передачи". Конечно, закрытие полнодуплексного соединения является предметом множества
интерпретаций, поскольку не очевидно, как интерпретировать в соединении сторону, получающую информацию. Мы решили интерпретировать CLOSE
в упрощенной манере. Клиент, находящийся в состоянии CLOSE, может все
еще получать информацию (RECEIVE) до тех пор, пока партнер тоже не
сообщит, что переходит в состояние CLOSE. Таким образом, клиент может
изящно завершить работу на своем конце соединения. Программа протокола TCP гарантированно получит все буферы с информацией, отправленные
до того, как соединение было закрыто. Поэтому клиенту, не ждущему
информации с соединения, следует лишь ждать сообщения об успешном
закрытии этого соединения, что означает, что все данные получены программой TCP, принимающей информацию. Клиенты должны сохранять уже
закрытые ими для чтения информации соединения до тех пор, пока программа протокола TCP не сообщит им, что такой информации больше нет.
Особое значение имеют три случая:
| 1) | клиент инициирует закрытие соединения, дав команду своей программе
протокола TCP. |
| 2) | закрытие соединения начинается с того, что напарник посылает сюда
управляющий сигнал FIN. . |
| 3) | оба клиента дают команду на закрытие одновременно. |
Случай 1 Местный клиент инициирует закрытие
В этом случае создается сегмент с сигналом FIN и помещается в
очередь сегментов, ждущих отправления. После этого программа TCP
уже не будет принимать от этого клиента каких-либо команд на отправление данных по закрытому соединению, а сама переходит в со стояние FIN-WAIT-1. Тем не менее, в этом состоянии еще возможно
получение клиентом данных с этого соединения. Все сегменты, стоящие в очереди, и сам сегмент с сигналом FIN будут в случае необходимости посылаться напарнику вновь и вновь, пока не получат своего
подтверждения. .
Когда программа TCP партнера подтвердит получение
сигнала FIN, и сама отправит сюда свой сигнал FIN, местная программа может подтвердить получение последнего. Заметим, что программа TCP, получающая сигнал FIN, будет подтверждать его, но не
будет посылать своего собственного сигнала FIN до тех пор, пока ее
клиент тоже не закроет соединения.
Случай 2 Программа TCP получает из сети сигнал FIN.
Если из сети приходит невостребованный сигнал FIN, то принимающая его программа TCP может подтвердить получение такого сигнала и
оповестить своего клиента о том, что соединение закрыто. Клиент
ответит командой CLOSE, по которой программа TCP может после пересылки оставшихся данных послать партнеру сигнал FIN. После этого
программа TCP ждет, пока не придет подтверждение на отправленный
ею сигнал FIN, после чего она ликвидирует соединение. Если подтверждения не было по истечении отведенного времени, то соединение
ликвидируется в принудительном порядке, о чем дается сообщение
клиенту.
Случай 3 Оба клиента закрывают соединение одновременно.
Одновременное закрытие соединения клиентами на обоих концах
приводит к обмену сегментами с сигналом FIN. Когда все сегменты,
стоящие в очереди перед сегментом с FIN, будут переданы и получат
подтверждение, каждая программа TCP может послать подтверждение на
полученный ею сигнал FIN. Обе программы по получении этих подтверждений будут ликвидировать соединение.
| . | TCP A | . | TCP B |
| 1. | ESTABLISHED | . | ESTABLISHED |
| 2. | (Close)
FIN-WAIT-1 | --> | <SEQ=100><ACK=300><CTL=FIN,ACK> | --> | CLOSE-WAIT |
| 3. | FIN-WAIT-2 | <-- | <SEQ=300><ACK=101><CTL=ACK> | <-- | CLOSE-WAIT |
| 4. | (Close)
TIME-WAIT | <-- | <SEQ=300><ACK=101><CTL=FIN,ACK> | <-- | LAST-ACK |
| 5. | TIME-WAIT | --> | <SEQ=101><ACK=301><CTL=ACK> | --> | CLOSED |
| 6. | (2 MSL)
CLOSED | . |
Нормальная процедура закрытия
Рисунок 13
| . | TCP A | . | TCP B |
| 1. | ESTABLISHED | . | ESTABLISHED |
| 2. | (Close) | . | (Close) |
| . | FIN-WAIT-1 | --> | <SEQ=100><ACK=300><CTL=FIN,ACK> | ... | FIN-WAIT-1 |
| . | <-- | <SEQ=300><ACK=100><CTL=FIN,ACK> | <-- | . |
| . | ... | <SEQ=100><ACK=300><CTL=FIN,ACK> | --> | . |
| 3. | CLOSING | --> | <SEQ=101><ACK=301><CTL=ACK> | ... | CLOSING |
| . | <-- | <SEQ=301><ACK=101><CTL=ACK> | <-- | . |
| . | ... | <SEQ=101><ACK=301><CTL=ACK> | --> | . |
| 4. | TIME-WAIT | . | TIME-WAIT |
| . | (2 MSL) | . | (2 MSL) |
| . | CLOSED | . | CLOSED |
Процедура одновременного закрытия соединения с обоих концов
Рисунок 14
3.6 Приоритет и безопасность
Замысел этой части протокола состоит в том, что соединение может
существовать лишь между портами, имеющими одинаковое значение без
опасности и закрытости, а уровень приоритета должен соответствовать
наибольшему из запрошенных этими двумя портами значений.
Параметры приоритета и безопасности, применяемые в протоколе TCP,
в точности соответствуют заявленным в протоколе Internet (IP) [2]. В
спецификации протокола TCP понятие "безопасность" должно включать
используемые в IP параметры, которые включают собственно безопасность, закрытость, определение группы для пользователей, а также поддержку различных ограничений.
Попытка соединиться с неприемлемыми значениями безопасности/ закрытости или же с недостаточно малым значением приоритета должна
отвергаться через посылку сигнала перезагрузки. Отказ в соединении по
причине недостаточного приоритета может осуществляться только после
получения подтверждения на сигнал SYN.
Заметим, что модули TCP, работающие лишь с значением приоритета,
установленным по умолчанию, будут тем не менее проверять приоритет
пришедших сегментов и, в случае необходимости, повышать уровень приоритета, применяемый в данном конкретном соединении.
Параметры безопасности могут быть использованы даже программами
TCP, не поддерживающими систему безопасности (значения поля безопасности относилось бы к не классифицируемым данным). Таким образом,
хост-компьютеры, не поддерживающие систему безопасности, должны быть
готовы принимать параметры безопасности, хотя сами они в посылке таких параметров не нуждаются.
3.7 Передача данных
Коль соединение установлено, передача данных осуществляется с помощью обмена сегментами. Т.к. сегменты могут быть потеряны в результате ошибок (например, ошибки в контрольной сумме) или перегрузки
сети, то программа протокола TCP использует механизм повторной посылки (по истечении определенного времени) с тем, чтобы убедиться в получении каждого сегмента. В главе, посвященной номерам очередей, обсуждалось, как программа TCP в сегментах осуществляет проверку номе
ров очередей и номеров подтверждения на предмет их корректности.
Отправитель данных с помощью значения переменной SND.NXT отслеживает следующий номер в очереди, подлежащий отправке. Получатель данных с помощью переменной RCV.NXT отслеживает следующий номер, прибытие которого он ожидает. В переменную SND.UNA отправитель данных помещает значение самого старого номера, который был отправлен, но еще
не получил подтверждения. Если бы поток данных моментально иссяк, а
все отправленные данные получили подтверждение, то тогда бы все эти
при переменные содержали одинаковое значение.
Когда отправитель информации создает и посылает некий сегмент, он
увеличивает значение переменной SND.NXT. Адресат по получении сегмента увеличивает значение переменной RCV.NXT и отправляет подтверждение. Когда программа TCP, пославшая данные, получает подтверждение,
она увеличивает значение SND.UNA. Разность в значениях этих переменных является мерой, характеризующей задержку сегментов в сети. Величина, на которую надо всякий раз осуществлять приращение значения
этих переменных, является длиной поля данных в сегменте. Заметим, что
поскольку соединения находятся в состоянии ESTABLISHED, все сегменты,
в дополнение к собственно данным, должны нести некую информацию о
подтверждении ранее отправленных сегментов.
Запрос пользователя о закрытии соединения (CLOSE) подразумевает
использование функции проталкивания, что осуществляется с помощью
контрольного флага FIN приходящем сегменте.
Контрольное время повторной посылки
Вследствие непостоянства сетей, составляющих единую объединенную
систему, и большого числа клиентов, пользующихся услугами TCP соединений, существует необходимость в динамическом определении контрольного времени повторной посылки. В качестве иллюстрации здесь приводится одна из процедур определения этого времени.
Пример процедуры измерения контрольного времени для повторной
посылки сегментов
Во-первых, измерьте время, прошедшее между посылкой октета данных, имеющего некий определенный номер в очереди, и получение подтверждения, указывающего наряду с другими и на этот номер (посылаемые сегменты не обязаны соответствовать полученным сегментам).
Измеренная временная задержка - это время обращения (Round Trip
Time - RTT). Следующий шаг - вычисление усредненного времени обращения (Smoothed Round Trip Time - SRTT):
SRTT = (ALPHA * RSTT) + ( (1-ALPHA) * RTT)
Затем с помощью найденного значения определяется контрольное время
повторной посылки (Retransmission Timeout - RTO):
RTO = min[ UBOUND, max[ LBOUND, (BETA * SRTT) ]]
где
| UBOUND | - верхний предел контрольного времени (например, 1 мин), |
| LBOUND | - нижний предел (например, 1 сек). |
| ALPHA | - фактор сглаживания (например, от 0.8 до 0.9), |
| BETA | - фактор изменения задержки
(например, от 1.3 до 2.0). |
Передача срочной информации
Механизм срочной передачи протокола TCP предназначен для того,
чтобы клиент, отправляющий данные, мог побудить получателя принять
некую срочную информацию, а также позволить программе TCP, принимающей данные, информировать своего клиента, когда вся имеющаяся на настоящий момент информация будет получена.
Данный механизм позволяет помечать некую точку в потоке данных как
конец блока срочной информации. Когда в программе TCP, принимающей
данные, данная точка окажется впереди индикатора номера в очереди
получения (RCV.NXT), эта программа TCP должна дать команду своему
клиенту перейти в "срочный режим". Когда номер в очереди получения
догонит срочный указатель в потоке данных, программа TCP должна дать
команду клиенту прийти в "нормальный режим". Если срочный указатель
сменит свое положение, когда клиент находится в "срочном режиме",
последний не узнает об этом.
Данный метод использует поле флага срочности, который присутствует
во всех передаваемых сегментах. Единица в поле контрольного флага URG
означает, что задействовано поле срочности . Чтобы получить указатель
этого поля в потоке данных, необходимо дополнить его номером рассматриваемого сегмента в очереди. Отсутствие флага URG означает отсутствие у отправителя не посланных срочных данных.
При указании срочности клиент должен также послать по крайней мере
один октет данных. Если клиент, помещающий данные, дополнительно закажет функцию проталкивания, то передача срочной информации ждущему
ее процессу многократно ускорится.
Управление окном
Окно, посылаемое с каждым сегментом, указывает диапазон номеров
очереди, которые отправитель окна (он же получатель данных) готов
принять в настоящее время. Предполагается, что такой механизм связан
с наличием в данный момент места в буфере данных.
Указание окна большого размера стимулирует передачу. Но если при
шло большее количество данных, чем может быть принято программой TCP,
данные будут отброшены. Это приведет к излишним пересылкам информации
и ненужному увеличению нагрузки на сеть и программу TCP. Указание
окна малого размера может ограничить передачу данных скоростью, которая определяется временем путешествия по сети после каждого посылаемого сегмента.
Такие механизмы протокола позволяют программе TCP заявлять большое
окно, но впоследствии объявлять окна намного меньшего размера и не
принимать такое большое количество данных. Такое, так называемое,
сокращение окна выглядит довольно обескураживающе. Принцип устойчивости диктует, чтобы программа протокола TCP не сокращала сама окно, но
была бы готова к таким действиям со стороны другой программы TCP.
Программа TCP, посылающая данные, должна быть готова принять от
клиента и передать по сети по крайней мере один октет новых данных,
даже если окно отправления равно нулю. Программа TCP должна периодически повторно посылать данные другой программе TCP, даже если окно
нулевое. В случае нулевого окна рекомендуется использовать интервал
повторной посылки в две минуты. Такие повторные посылки важны для
того, чтобы гарантировать, что в случае, когда одна из двух программ
TCP имеет нулевое окно, открытие этого окна будет гарантированно сообщено партнеру.
Когда программа TCP, получающая данные, имеет нулевое окно, но к
ней приходит сегмент, то эта программа должна послать подтверждение и
указать, какой следующий номер в очереди она ожидает и какое у нее
окно в настоящий момент (окно нулевое).
Программа TCP пакует предназначенные к в пересылке данные в сегменты, заполняющие текущее окно. Однако она не может перепаковать уже
имеющиеся сегменты в очереди на повторную посылку. Такая перепаковка
хоть и не обязательна, но может быть полезна.
В соединении, имеющем односторонний поток данных, информация об
окне будет передаваться с сегментами подтверждения, а они будут все
иметь одинаковый номер очереди. Поэтому не будет способа восстановить
их очередность при получении. Это не является серьезной проблемой, но
может случайно привести к получению информации об окне из какого-нибудь устаревшего сообщения. Во избежание такой проблемы должен осуществляться отсев и информация об окне должна браться из сегментов,
имеющих самый большой номер в очереди (это сегменты, чей номер подтверждения больше или равен наибольшему из ранее полученных номеров).
Процедура управления окном оказывает значительное влияние на характеристики коммуникаций. Дальнейшие комментарии содержат пожелания
разработчикам.
Пожелания по управлению окном
Выделение очень малого окна приводит к передаче данных очень
маленькими сегментами, тогда как лучший режим осуществляется при
использовании сегментов большего размера.
Чтобы избежать применения малых окон, получателю данных предлагается откладывать изменение окна до тех пор, пока свободное место
не составит X процентов от максимально возможного в памяти для
этого соединения (где X может быть от 20 до 40).
Другой совет, чтобы не посылать малые сегменты, состоит в том,
чтобы отправитель не спешил с посылкой данных, пока окно не станет
достаточно большим. Но если клиент дает команду на использование
функции проталкивания, то данные следует немедленно отправлять,
даже если это будет осуществляться малым сегментом.
Заметим, что во избежание ненужных повторных пересылок не нужно
медлить с посылкой подтверждений. Стратегия может заключаться в
посылке подтверждения при получении сегмента малого размера (без
обновления информации об окне), затем посылается другое подтверждение с новой информацией об окне, если последнее расширяется.
Сегмент, посылаемый для проверки нулевого окна, может инициировать разбивку передаваемых данных на все более и более мелкие сегменты. Если сегмент, содержащий единичный октет данных и отправленный для проверки нулевого окна, получен, то он займет один октет в имеющемся в данный момент окне. Если же программа TCP просто
посылает столько данных, сколько может, всякий раз, когда окно
ненулевое, то передаваемые данные будут разбиваться на большие и
малые сегменты. По истечении некоторого времени случающиеся паузы
в выделении окна получателем данные приведут к разбивке больших
сегментов на многочисленные и уже не столь большие пары. Итак, по
прошествии некоторого времени передача данных будет осуществляться
преимущественно малыми сегментами.
Предложение состоит в том, чтобы реализации протокола TCP активно пытались объединить малые окна в более крупные, поскольку
механизмы управления окном стремятся ввести много малых окон в
простейших реализациях протокола.
3.8 Интерфейсы
Конечно, здесь затрагиваются два интерфейса. Интерфейс клиент/
протокол TCP и интерфейс протокол TCP/протокол нижнего уровня. Мы
имеем более тщательно разработанную модель для первого из них. Но
здесь не рассматривается интерфейс с модулем протокола нижнего
уровня, поскольку это сделано в спецификации последнего. Для случая, когда в интерфейсе нижний уровень - это протокол IP, мы лишь
отметим некоторые из допустимых параметров, используемых протоколом TCP.
Интерфейс клиент/TCP
Нижеприведенное функциональное описание команд клиента, посылаемых программе протокола TCP, является, в лучшем случае, умозрительным, поскольку каждая операционная система будет иметь свои
характеристики. Следовательно, мы должны предупредить читателей о
том, что различные реализации протокола TCP могут иметь различный
интерфейс с клиентом. Однако, все реализации протокола TCP должны
обеспечивать некий минимальный набор услуг с тем, чтобы гарантировать, что все они придерживаются единой иерархии протокола. Данная
глава описывает функциональный интерфейс, обязательный для всех
реализаций протокола TCP.
TCP команды клиента
В следующих параграфах функционально характеризуется интерфейс
клиент/протокол TCP. Нотация вызова подобна нотации большинства
процедур или нотации вызова функции в языках высокого уровня, однако это не означает неправомерность вызовов на обслуживание в
виде ловушек (trap) (например SVC, UUO, EMT).
Описанные ниже команды клиента определяют основные операции,
которые должна выполнять программа протокола TCP для поддержки
коммуникаций между процессами. Отдельные реализации протокола должны определять свой собственный конкретный формат и могут обеспечить комбинации или наборы базовых функций для одиночных вызовов.
В частности, некоторые реализации могут автоматически открывать
соединение (OPEN), как только по нему клиент дает первую команду
посылки (SEND) или получения (RECEIVE).
Для того, чтобы поддерживать интерфейс между процессами, про
грамма TCP должна не только принимать команды, но и возвращать
некую информацию обслуживаемым процессам. Эта информация состоит
из:
| a) | общей информации о соединении (т.е. прерываний, закрытия соединения партнером, управление связью с не предопределенным чужим
сокетом). |
| b) | ответа на конкретные команды клиента, указывающего на успешность
действий или различные типы ошибок. |
Команда открытия
Формат
OPEN (свой порт, чужой порт, активный/пассивный [,контрольное
время] [,приоритет] [,безопасность] [,опции]) -> местное имя
для соединения
Мы полагаем, что местная программа TCP несет ответственность
за идентификацию обслуживаемых процессов и будет проверять принадлежность процессов, желающих обратиться к данному соединению. В зависимости от реализации протокола TCP, либо программа
TCP, либо протокол более нижнего уровня (например, IP) будут
создавать адрес отправителя, а точнее, идентификаторы для локальной сети и интерфейса TCP. Такая предусмотрительность является результатом учета безопасности, а именно того, чтобы ни
одна из программ TCP не смогла замаскироваться под какую-либо
другую, и т.д. Аналогичным образом ни один процесс не должен
замаскироваться под другой без того, чтобы не иметь конфликт с
протоколом TCP.
Если флаг активный/пассивный установлен в состояние
"пассивный", то это означает, что дан запрос на "прослушивание"
(LISTEN) сигнала установления соединения извне. Пассивное открытие может дать либо полное описание чужого сокета, с которым
должно быть установлено данное соединение, либо не давать никаких указаний по поводу чужого сокета, который должен дать сигнал. Пассивное открытие соединения с четко определенным чужим
сокетом может стать в любой момент активным открытым соединением, если будет дана команда на посылку данных (SEND). Создается
блок управления передачей (TCB) и частично заполняется информацией, полученной от параметров команды OPEN.
В случае команды на активное открытие (OPEN) протокол TCP
немедленно запустит процедуру синхронизации (точнее, установления) соединения.
Контрольное время, если оно присутствует среди параметров
функции, позволяет клиенту установить контрольное время ликвидации для всех данных, посылаемых от имени протокола TCP. Если
в течение этого контрольного времени какие-либо данные не достигли своего адресата, программа TCP ликвидирует соединение. В
настоящее время общепринятым контрольным временем являются пять
минут.
Программа протокола TCP или какая-либо компонента операционной системы будет проверять права клиента на открытие соединения, имеющего заказанные клиентом приоритет и безопасность. Если приоритет или безопасность/закрытость не указаны, должен использоваться вызов CALL, использующий значения этих параметров,
принятые по умолчанию.
Программа протокола TCP будет воспринимать приходящие запросы только если они имеют тот же самый уровень безопасности/закрытости. Приоритет запросов должен быть равен или превышать
приоритет, указанный в команда открытия (OPEN).
Если приоритет для соединения оказывается больше, чем значение, указанное в запросе CALL, то берется приоритет из пришедшего запроса и становится постоянной характеристикой соединения. Разработчики могут перепоручить клиентам ведение переговоров по поводу установления приоритета соединения. Например,
клиент может указывать приоритет, который должен быть присвоен
соединению. В другом примере, любая попытка повысить приоритет
соединения должна получить санкцию клиента.
По завершении операции протокол TCP возвращает клиенту местное название для открытого соединения. Впоследствии имя соединения может использоваться в качестве короткого обозначения для
соединения, идентифицируемого парой <местный сокет, чужой сокет >.
Команда на посылку данных
Формат
SEND (местное название соединения, адрес буфера, количество
байтов с данными, флаг проталкивания, флаг срочности
[контрольное время])
Данная команда приводит к тому, что данные, содержащиеся в
указанном клиентом буфере, передаются на указанное соединение.
Если соединение не было к этому времени открытым, команда SEND
является ошибочной. Некоторые реализации протокола TCP могут
позволить клиентам начинать общение сразу с команды SEND. При
этом команда OPEN должна осуществляться автоматически. Если
процесс, давший команду на посылку, не уполномочен использовать
данное соединение, команда возвращает клиенту ошибку.
Если установлен флаг проталкивания (PUSH), то данные должны
быть переданы по назначению с соответствующим сообщением, а бит
PUSH должен быть установлен на последний из созданных в буфере
TCP сегментов. Если флаг PUSH не выставлен, то имеющиеся данные
могут быть объединены с данными из посылаемых следом датаграмм.
Кроме того, хост-компьютер, посылающий данные, может получить
сообщение от шлюза об истечении контрольного времени.
Если хост-компьютер, осуществляющий сборку фрагментов дата граммы, не может в отведенное для этого время завершить свою
работу из-за получения ошибочного фрагмента, то он выкидывает
датаграмму и может послать сообщение об превышении контрольного
времени. Этого сообщения не следует посылать вовсе, если не был
получен нулевой фрагмент датаграммы.
От шлюза приходит сообщение с кодом 0 ,а от хост-компьютера
- сообщение с кодом 1.
| 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 0 | 1 |
| Формат сообщения об ошибках с параметрами |
| Тип | Код
| Контрольная сумма |
| указатель | не используется |
| Internet заголовок + 64 бита данных из исходной датаграммы |
Поля IP протокола:
Адрес получателя
Компьютерная сеть и адрес отправителя заносятся в дата грамму, возвращающую ошибку. Клиенты могут использовать команду STATUS для определения состояния соединения. В некоторых реализациях протокол TCP может оповещать клиента, когда выходит на связь не заказанный сокет.
Если было указано контрольное время, то в этом соединении его текущее значение, заданное клиентом, будет изменено.
В простейших реализациях команда SEND не предает управление обратно вызвавшей ее программе, пока не будет завершена
передача или пока не будет превышено контрольное время. Однако, такой простой метод может приводить к блокировке (на пример, когда обе стороны на концах соединения пытаются
сперва выполнить команду SEND, а лишь потом - RECEIVE) и
плохим эксплуатационным характеристикам. Поэтому такой подход не рекомендуется использовать. В более сложной реализации возврат из функции SEND осуществляется незамедлительно,
что позволяет процессу выполняться параллельно с вводом/выводом в компьютерную сеть. И даже более того - позволяет выполнять одновременно несколько команд SEND. Множественные
команды SEND обрабатываются по принципу "первый пришел первый обслужен", поэтому протокол TCP будет иметь очередь,
которая не может быть обслужена мгновенно.
Косвенным образом мы предположили асинхронность интерфейса с клиентом, при которой команда SEND вызывает появление
особого рода сигнала или псевдо-прерывания из обслуживающей
программы TCP. Альтернатива состоит в немедленном возврате
из команды. Например, команды SEND могут возвращать немедленно подтверждение от местной системы, даже если посланный
сегмент не получил подтверждения от чужой программы TCP. Мы
оптимистически относимся к возможному успеху этой операции.
Если мы ошибаемся, то соединение в любом случае будет разорвано по истечении контрольного времени. В реализациях протокола TCP такого типа (синхронных) будет все равно оставаться некоторые асинхронные сигналы, однако они будут относиться к
самому соединению, а не к конкретным сегментам или буферам.
Чтобы процесс мог различать сообщения об ошибках и успешное рапорты от различных команд SEND, может оказаться удобным возвращать в ответ на запрос SEND адрес буфера наряду с
кодированным ответом. Сигналы между клиентом и протоколом
TCP обсуждаются ниже и определяют ту информацию, которую
следует возвращать отправившему команду процессу.
Команда получения
Формат
RECEIVE (местное имя соединения, адрес буфера, счетчик байт) ->
счетчик байт, флаг срочности, флаг проталкивания
Данная команда размещает получаемую информацию в буфере,
связанном с конкретным соединением. Если команде не предшествует команда OPEN или если процесс, осуществляющий вызов, не
уполномочен на использование данного соединения, то возвращается ошибка.
В простейшей реализации протокола управление не должно передаваться осуществившей вызов программе до тех пор, пока либо не будет заполнен буфер, либо не произойдет какая-либо ошибка. Однако данная схема в значительной мере подвержена блокировкам.
Более сложная реализация могла бы позволить за раз выдвигать
несколько команд RECEIVE. Эти запросы будут выполняться по мере поступления сегментов с данными. Такая стратегия позволяет увеличить пропускную способность за счет применения более развитой
схемы (возможно, асинхронной), а также оповещения программы о
том, что получен сигнал проталкивания PUSH или заполнен буфер.
Если получено достаточное количество данных, чтобы заполнить буфер до того, как получен сигнал проталкивания PUSH, то в ответ на RECEIVE не будет установлен флаг PUSH. Буфер будет со держать столько данных, насколько позволяет его емкость. Если
сигнал PUSH обнаружен до того, как буфер заполнился, то буфер
будет возвращен заполненным частично и с сигналом PUSH.
Если обнаружены срочные данные, то сразу же по их прибытии
клиент будет оповещен сигналом от программы протокола TCP. Клиент, получающий данные, должен по этому сигналу перейти в
"срочный режим". Если флаг срочности URGENT установлен, то дополнительные срочные данные останутся неполученными. Если флаг
URGENT сброшен, то данный запрос на получение RECEIVE возвратит все срочные данные и клиент может освободиться от "срочного режима". Заметим, что данные, следующие за указателем срочности
(несрочные данные) не могут быть доставлены к клиенту в одном и том же буфере с предыдущими срочными данными, если сам клиент
не определил четко границу.
Чтобы проводить различие между несколькими сделанными командами на получение RECEIVED и следить за заполнением буферов,
код, возвращаемый клиенту сопровождается как указателем на буфер, так и количеством действительно полученных данных.
Другие реализации команды RECEIVE могут сами выделять буфер
для размещения получаемых данных или же программа протокола TCP может одновременно с клиентом пользоваться циклическим буфером.
Команда закрытия соединения
Формат
CLOSE (локальное имя соединения)
Данная команда приводит к закрытию указанного соединения.
Если соединение не открыто или отдавший команду процесс не
уполномочен использовать данное соединение, то возвращается со общение об ошибке. Предполагается, что закрытие соединения будет медлительной операцией в том смысле, что оставшиеся команды
посылки SEND будут еще некоторое время передавать данные (и даже, в случае необходимости, делать это повторно), насколько это
позволит управление потоком, и не будет выполнена заказанная
работа. Таким образом, можно будет сделать несколько команд посылки SEND, а затем закрыть соединение командой CLOSE, будучи
уверенным, что отправленные данные достигнут адресата. Очевидно, что клиенты должны продолжать давать команды получения данных с уже закрытых соединений, поскольку чужая программа будет
еще пытаться переслать оставшиеся у нее данные.
Итак, команду
CLOSE следует интерпретировать как "у меня нет больше данных
для пересылки", а не как "я больше не хочу ничего получать".
Может случиться (если протокол на уровне клиента не продуман до конца), что сторона, закрывающая соединение, не сможет избавиться от всех своих данных до истечения контрольного времени.
В этом случае команда CLOSE транслируется в ABORT, и программа
TCP отказывается от соединения.
Клиент может дать команду CLOSE в любой момент по своему
собственному усмотрению, а также в ответ на различные сообщения от протокола TCP (например, когда выполнено закрытие соединения с чужой стороны, превышено контрольное время передачи, адресат недоступен).
Поскольку закрытие соединения требует общения с чужой программой TCP, то соединения могут пребывать в закрытом состоянии
короткое время. Попытки повторно открыть соединение до того,
как программа TCP отреагирует на команду CLOSE, приведет к возврату на вызов сообщения об ошибке.
Команда закрытия предполагает выполнение операции проталкивания данных через соединение.
Команда определения статуса соединения
Формат
STATUS (местное имя соединения) -> информация о статусе
Это команда клиента, зависящая от конкретной реализации. Она
должна выполняться без опасных последствий для системы. Возвращаемая клиенту информация обычно получается из блока TCB, связанного с данным соединением, Данная команда возвращает блок
данных с информацией о
- местном сокете
- чужом сокете
- местном имени соединения
- окне получения
- окне отправления
- статусе соединения
- количестве буферов, ждущих подтверждения
- количестве буферов, ожидающих получения данных
- статусе срочности
- приоритете
- безопасности/закрытости
- контрольном времени пересылки
В зависимости от состояния соединения или от особенностей
реализации протокола, часть указанной информации может быть недоступна или не имеет смысла. Если процесс, осуществивший вы зов, не имеет прав на использование данного соединения, то воз вращается сообщение об ошибке. Такой подход не позволяет не
имеющим полномочий процессам получать информацию о соединении.
Команда ликвидации соединения
Формат
ABORT (местное имя соединения)
Выполнение данной команды приводит к ликвидации всех незаконченных операций посылки и получения данных. Блок TCB ликвидируется, а также должно быть послано специальное сообщение
RESET программе TCP на другом конце соединения. В зависимости
от реализации протокола, клиенты могут получать сообщение о
ликвидации в ответ на каждый оставшийся невыполненным запрос о
посылке или получении данных. Или же клиенты вместо этого могут
просто получить подтверждение команды ABORT.
Сообщения клиенту от программы TCP
Предполагается, что сервисные функции операционной системы
предоставляют программе TCP средства для асинхронной посылки сигнала. Когда программа TCP посылает сигнал программе клиента, то
определенная часть информации передается также самому клиенту.
Часто это осуществляется в виде сообщений об ошибках. В других
случаях наряду с этим будет предоставляться информация, связанная с завершением посылки и получения данных, а также выполнением других команд клиента.
Предоставляется следующая информация:
|
|
| местное имя соединения | всегда |
| строка отчета | всегда |
| адрес буфера | посылка и получение данных |
| количество байт (счетчик полученных байт) | получение данных |
| флаг проталкивания | получение данных |
| флаг срочности | получение данных |
Интерфейс программы TCP с протоколом более низкого уровня
Программа протокола TCP для реальной посылки информации по сети, а также для ее получения делает запросы к модулю протокола
нижнего уровня. Одним из примеров такой реализации является система ARPA Internetwork, где модулем нижнего уровня является Internet
протокол (IP)
[2].
Если протоколом более низкого уровня является IP, то он в качестве аргументов вызова запрашивает требуемый тип сервиса и время жизни данных в сети. Программа протокола TCP использует следующие значения для упомянутых параметров:
Тип сервиса = приоритет: обычный, задержка: нормальная,
пропускная способность: нормальная, надежность: нормальная,
т.е. 00000000
Время жизни = одна минута, или 00111100
Заметим, что принято максимальное время жизни сегмента в две
минуты. Здесь мы явным образом определяем, что сегмент должен быть
ликвидирован, если он в течении одной минуты не достигает адресата в системе Internet.
Если ниже расположен протокол IP (или какой-либо другой протокол с теми же функциями) и применяется процедура маршрутизации, то интерфейс должен допускать передачу информации о маршруте. Это
особенно важно, поскольку адреса отправителя и получателя, учитываемые в контрольной сумме TCP протокола, будут соответствовать
действительному отправителю данных и самому последнему адресату.
Важно также сохранять обратный маршрут для ответов на запросы состояния.
Любой протокол нижнего уровня будет обязан предоставить адрес
отправителя, адрес получателя, поля протокола, некую процедуру
определения "длины TCP сообщения", необходимую как для сервисных
функций протокола IP, так и для проверки контрольной суммы в самом протоколе TCP.
3.9 Обработка событий
Обработка, описанная в данной главе, является лишь примером
одной из возможных реализаций протокола. Иные реализации могут
иметь несколько иные процедуры обработки, однако они должны отличаться от описанных в данной главе лишь в деталях, но никак не по
существу.
Деятельность программы протокола TCP можно рассматривать как
реагирование на события. Эти происходящие события можно разбивать
на три категории: запросы клиентов, прибытие сегментов, истечение
контрольного времени. Данная глава описывает деятельность в протоколе TCP в ответ на каждое их этих событий. Во многих случаях необходимая обработка зависит от состояния соединения. События, которые могут произойти:
Команды клиента
- на открытие соединения
- на посылку данных
- на получение данных
- на закрытие соединения
- на ликвидацию соединения
- на определение статуса соединения
Получения сегментов
Истечение контрольного времени
- для действий клиента
- для повторной посылки
- в состоянии ожидания
Модель интерфейса TCP и клиента состоит в том, что команды клиента выполняются немедленно, а вероятный отложенный отчет предоставляется через механизм событий или псевдопрерываний. В дальнейшем описании понятие "сигнал" может обозначать некое основание для посылки отложенного отчета.
Сообщение об ошибках предоставляется в виде текстовых строк.
Например, команды клиента, адресованные к несуществующим соединениям, получат сообщение "error: connection not open".
Пожалуйста учтите, что в дальнейшем вся арифметика для номеров
очереди, номеров подтверждения, окон и т.д. осуществляется по модулю 2**32, что соответствует размеру множества номеров очередей.
Заметим также, что "=<" означает "меньше или равно" (по модулю
2**32).
Чтобы постичь смысл обработки приходящих сегментов, естественным было бы представить, что они сперва проверяются на корректность номера очереди (т.е. что их информация попадает в диапазон
"окна получения" среди ожидаемых номеров очереди) и что они, в
общем случае, будут ставиться в очередь и подвергаться обработке
соответственно своим номерам.
Если одни сегменты перекрываются с другими, ранее полученными
сегментами, то мы конструируем сегмент, содержащий лишь действительно новые данные, а затем соответствующим образом корректируем
поля заголовка.
Заметим, что состояние программы протокола TCP остается при
обработке событий без изменений, если обратное не указано особо.
Запрос OPEN
Состояние CLOSED (т.е. блок TCB отсутствует)
Создать новый блок управления передачей (TCB) для хранения информации о состоянии соединения. Заполнить поля идентификатора местного сокета, чужого сокета, приоритета, закрытости/безопасности, а также контрольного времени для клиента. Заметим, что некоторые параметры чужого сокета могут
остаться не конкретизированными при пассивном открытии и соответствующие им поля должны быть заданы исходя из параметров пришедшего SYN сигнала. Клиенту может быть предоставлена
возможность проверять параметры безопасности и приоритета,
если в ответ на такой запрос не будет получено сообщение
"error: precedence not allowed" или "error: security/ compartment not allowed". В случае пассивного открытия
следует перейти в состояние LISTEN и вернуть управление давшему команду OPEN процессу. Если открытие является активным,
а чужой сокет не конкретизирован, то вернуть сообщение
"error: fireign socket unspecified".
Если открытие является
активным и указан чужой сокет, то послать сегмент с сигналом SYN. Выбирается начальный номер для очереди отправления.
Посылаемый сегмент и сигналом SYN имеет форму
<SEQ=ISS><CTL=SYN>. Установить переменную SND.UNA в ISS, а SND.NXT в ISS+1. Перейти в состояние SYN-SENT. Вернуть управление процессу, вызвавшему рассматриваемую команду.
Если сделавший запрос клиент не получил доступа к указанному в запросе сокету, то вернуть сообщение "error:
connection illegal for this process". Если для создания нового соединения нет места в памяти компьютера, то вернуть
сообщение "error: insufficient resources".
Состояние LISTEN
Если происходит активизация и указан чужой сокет, то сменить состояние соединения с пассивного на активный, выбрать
ISS. Послать сегмент с сигналом SYN, занести в SND.UNA значение ISS, а в SND.NXT ISS+1. Перейти в SYN-SEND состояние.
Данные, указанные в команде SEND, могут быть посланы в
том же сегменте с сигналом SYN, или же могут быть помещены в очередь на передачу, которая может быть осуществлена после
перехода в ESTABLISHED состояние. Если в команде сделан запрос на применение бита срочности, то в результате ее выполнения должны быть посланы сегменты данных. Если в очереди
заказов на пересылку нет места, то в результате будет получен ответ "error: insufficient resources". Если чужой сокет
не указан, то вернуть сообщение "error: foreign socket
unspecified"
Состояния
|
SYN-SENT |
| SYN-RECEIVED |
| ESTABLISHED |
| FIN-WAIT-1 |
| FIN-WAIT-2 |
| CLOSE-WAIT |
| CLOSING |
| LAST-ACK |
| TIME-WAIT |
возвращают в ответ на команду открытия сообщение "error:
connection already exist"
Запрос SEND
Состояние CLOSED (например, нет блока TCB)
Если клиент не имеет доступа к такому соединению, то вернуть сообщение "error: connection illegal for this process".
В противном случае вернуть "error: connection does not
exist".
Состояние LISTEN
Если указан чужой сокет, то сменить состояние соединения
с пассивного на активный, выбрать номер ISS. Послать сегмент с сигналом SYN, установить SND.UNA в ISS, а SND.NXT в
ISS+1. Установить новое состояние SYN-SENT. Данные из вызова SEND могут быть посланы вместе с сигналом SYN, а могут быть
помещены в очередь и отправлены уже после установления
ESTABLISHED состояния.
Если в команде дан запрос на применение бита срочности, то он должен быть передан вместе с сегментом данных, возникающим при выполнении этой команды. Если
в очереди нет места для запроса, то вернуть сообщение
"error: insufficient resources". Если чужой сокет не указан, то вернуть "error: foreign socket unspecified".
Состояние SYN-SENT
Состояние SYN-RECEIVED
Поместить данные в очередь с тем, чтобы отправить после
установления ESTABLISHED состояния. Если в очереди нет места, то вернуть сообщение "error: insufficient resources".
Состояние ESTABLISHED
Состояние CLOSE-WAIT
Сегментировать буфер данных и переслать его с ответным
подтверждением (значение подтверждения = RCV.NXT). Если для
размещения этого буфера недостаточно места в памяти, то
просто вернуть сообщение "error: insufficient resources".
Если установлен флаг срочности, то занести в SND.UP значение SND.NXT-1 и установить указатель срочности на уходящие
сегменты.
Состояния
| FIN-WAIT-1 |
| FIN-WAIT-2 |
| CLOSING |
| LAST-ACK |
| TIME-WAIT |
Вернуть сообщение "error: connection closing" и не выполнять запрос клиента.
Запрос RECEIVE
Состояние CLOSED (например, отсутствует блок TCB)
Если клиент не имеет доступа к такому соединению, вернуть сообщение "error: connection illegal for this process". В
противном случае вернуть сообщение "error: connection does
not exist".
Состояния
| LISTEN |
| SYN-SENT |
| SYN-RECEIVED |
Поместить запрос в очередь на обслуживание после установления ESTABISHED состояния. Если в очереди для этого нет
места, вернуть сообщение "error: insufficient resources".
Состояния
| ESTABLISHED |
| FIN-WAIT-1 |
| FIN-WAIT-2 |
Если в пришедших сегментах недостаточно данных для выполнения данного запроса, поместить последний в очередь на обслуживание. Если же в очереди нет места для размещения запроса RECEIVE, вернуть сообщение "error: insufficient resources".
Собрать данные из приходящих сегментов в буфере получения, а затем передать их клиенту. Установить флаг "обнаружено проталкивание" (PUSH), если это имеет место.
Если данным, передаваемым в настоящий момент клиенту,
предшествовал RCV.UP, то оповестить клиента о присутствии
срочных данных. Когда протокол TCP берет на себя ответственность за получение клиентом данных, то это фактически означает обмен информацией с отправителем в виде подтверждений.
Формирование такого подтверждения обсуждается ниже при рассмотрении алгоритма обработки приходящего сегмента.
Состояние CLOSE-WAIT
Поскольку партнер на другом конце соединения уже послал
сигнал FIN, то команды RECEIVE должны получать данные, уже
имеющиеся в системе, а не только те, которые уже переданы
клиенту. Если в системе больше нет текста, ждущего своего
запроса RECIVE, то передать клиенту сообщение "error
connection closing". В противном случае использовать для
удовлетворения запроса RECEIVE любую имеющуюся информацию.
Состояния
| CLOSING |
| LAST-ACK |
| TIME-WAIT |
Вернуть сообщение "error connection closing".
Запрос CLOSE
Состояние CLOSED (например, нет блока TCB)
Если клиент не имеет доступа к такому соединению, вернуть сообщение "error: connection illegal for this process". В
противном случае вернуть сообщение "error: connection does
not exist".
Состояние LISTEN
Любые остающиеся неудовлетворенными запросы RECEIVE будут завершены с сообщением "error: closing". Стереть блок TCB,
перейти в CLOSED состояние и вернуть управление клиенту.
Состояние SYN-SENT
Стереть блок TCB и вернуть сообщение "error closing" для
любых еще остающихся в очередях запросов SEND или RECEIVE.
Состояние SYN-RECEIVED
Если не сделано каких-либо запросов SEND и нет данных,
ожидающих отправки, то сформировать FIN сегмент и послать
его, а затем перейти в FIN-WAIT-1 состояние. В противном
случае поместить данные в очередь для рассмотрения после
установления ESTABLISHED состояния.
Состояние ESTABLISHED
Поместить запрос в очередь в ожидании, когда все данные
предшествующих команд будут сегментированы. Тогда сформировать FIN сегмент и отправить его партнеру. В любом случае перейти в FIN-WAIT-1 состояние.
Состояние FIN-WAIT-1
Cостояние FIN-WAIT-2
Строго говоря, такая ситуация является ошибочной и должна привести к получению клиентом сообщения "error: connection
closing". Однако может быть приемлемым также ответ "Ok",
пока не отправлен второй FIN (хотя первый FIN может быть
отправлен повторно).
Состояние CLOSE-WAIT
Поместить этот запрос в очередь, пока все предшествующие
запросы SEND не будут помещены в сегменты. Затем послать
сегмент с сигналом FIN, перейти в CLOSING состояние.
Состояния
| CLOSING |
| LAST-ACK |
| TIME-WAIT |
Возвратить сообщение "error: connection closing".
Запрос ABORT
Состояние CLOSED (например, нет блока TCB)
Если клиент не имеет доступа к такому соединению, вернуть сообщение "error: connection illegal for this process". В
противном случае вернуть сообщение "error: connection does
not exist".
Состояние LISTEN
Любые остающиеся запросы RECEIVED должны завершиться с
возвратом сообщения "error: connection reset". Стереть блок
TCB, перейти в состояние CLOSED, вернуть управление программе клиента.
Состояние SYN-SENT
Все находящиеся в очереди запросы SEND и RECEIVE должны
получить сообщение "connection reset", стереть блок TCB,
перейти в состояние CLOSED, вернуть управление клиенту.
Состояния
| SYN-RECEIVED |
| ESTABLISHED |
| FIN-WAIT-1 |
| FIN-WAIT-2 |
| CLOSE-WAIT |
Послать сегмент перезагрузки
<SEQ=SND.NXT><CTL=RST>
Все находящиеся в очереди запросы SEND и RECEIVED должны
получить сообщение "connection reset". Все сегменты, находящиеся в очереди на передачу (за исключением только что сформированного сигнала RST) и в очереди на повторную пересылку
должны быть ликвидированы. Стереть блок TCB, перейти в
CLOSED состояние, вернуть управление клиенту.
Состояния
| CLOSING |
| LAST-ACK |
| TIME-WAIT |
Вернуть сообщение "ok" и стереть блок TCB, перейти в состояние CLOSED, вернуть управление клиенту.
Запрос STATUS
Состояние CLOSED (например, нет блока TCB)
Если клиент не имеет доступа у такому соединению, то возвратить сообщение "error: connection illegal for this
process". В противном случае вернуть "error: connection does not exist".
Состояние LISTEN
Вернуть сообщение "state=LISTEN" и указатель на блок TCB.
Состояние SYN-SENT
Вернуть сообщение "state=SYN-SENT" и указатель на блок TCB.
Состояние SYN-RECEIVED
Вернуть сообщение "state=SYNRECEIVED" и указатель на блок
TCB.
Состояние ESTABLISHED
Вернуть сообщение "state=ESTABLISHED" и указатель на блок
TCB.
Состояние FIN-WAIT-1
Вернуть сообщение "state=FIN-WAIT-1" и указатель на блок
TCB.
Состояние FIN-WAIT-2
Вернуть сообщение "state=FIN-WAIT-2" и указатель на блок
TCB.
Состояние CLOSE-WAIT
Вернуть сообщение "state=CLOSE-WAIT" и указатель на блок
TCB.
Состояние CLOSING
Вернуть сообщение "state=CLOSING" и указатель на блок TCB.
Состояние LAST-ACK
Вернуть сообщение "state=LAST-ACK" и указатель на блок TCB.
Состояние TIME-WAIT
Вернуть сообщение "state=TIME-WAIT" и указатель на блок TCB.
Приход сегментов
Если состояние соединения CLOSED (например, нет блока TCB), то
все данные из указанного сегмента будут выброшены. Сегмент,
пришедший с сигналом RST, будет ликвидирован. Сегмент же, не содержащий сигнала RST, вызовет посылку сигнала RST в ответ.
Подтверждение и номер очереди будут выбраны таким образом,
чтобы сделать последовательность перезагрузки приемлемой для программы TCP, отправившей сегмент, который и вызвал такую
реакцию.
Если бит ACK сброшен, то используется номер очереди нуль:
<SEQ=0><ACK=SEG.SEQ+SEG.LEN><CTL=RST,ACK>
Если же ACK установлен, то
<SEQ=SEG.ACK><CTL=RST>
Вернуть управление прерванной программе.
Если состояние соединения LISTEN, то
Сперва проверить присутствие сигнала RST.
Сигнал RST, пришедший вместе с сегментом, должен игнорироваться, а управление должно быть возвращено прерванной программе.
Во-вторых, проверить на присутствие ACK.
Любое подтверждение является ошибкой, если оно пришло на
конец соединения, все еще находящийся в состоянии LISTEN. В
ответ на любой сегмент, пришедший с ACK, должен быть сформирован приемлемый сегмент с сигналом перезагрузки. Сигнал RST
должен быть сформирован следующим образом:
<SEQ=SEG.ACK><CTL=RST>
Вернуть управление прерванной программе.
В-третьих, проверить на присутствие сигнала SYN
Если установлен бит SYN, то проверить безопасность. Если
значение параметра безопасность/закрытость в пришедшем сегменте не совпадает в точности со значением безопасность/
закрытость в блоке TCB, то послать сигнал перезагрузки и
вернуть управление прерванной программе:
<SEQ=SEG.ACK><CTL=RST>
Если значение SEQ.PRC меньше, чем TCB.PRC, то перейти к следующему пункту.
Установить RCV.NXT в SEG.SEQ+1, IRS установить в SEG.SEQ, а остальные тексты и функции управления поместить в очередь для последующей обработки. Выбрать значение для ISS и отправить сегмент подтверждения в форме
<SEQ=ISS><ACK=RCV.NXT><CTL=SYN,ACK>
Переменную SND.NXT установить в ISS+1, а SND.UNA в ISS.
Установить для соединения новое состояние SYN-RECEIVED.
Заметим, что в состоянии SYN-RECEIVED будут обрабатываться
все приходящие данные и команды управления (вместе с SYN),
но уже не будет как прежде осуществляться обработка сигналов
SYN и ACK. Если состояние LISTEN не сформулировано полностью
(например, не указан исчерпывающе чужой сокет, то именно в
этот момент должны быть доопределены поля блока TCB, оставшиеся незаполненными.
В-четвертых, искать в пришедшем сегменте остальные команды управления, а также собственно данные. Любые сегменты с
иными командами управления или заполненные текстом (но не
содержащие сигнала SYN) должны получить от местной программы
TCP подтверждение, и, таким образом, будут отброшены во время работы с подтверждением. Приходящий сегмент с сигналом
RST не может быть правильным, поскольку он не может являться ответом на информацию, переданную данной реализацией соединения. Так что Вы вряд ли получите это сигнал, но если это
произойдет, выбросьте пришедший сегмент и верните управление
прерванной программе.
Если состояние соединения SYN-SENT
Во-первых, проверить бит ACK Если бит ACK выставлен, то
В случае, если SEG.ACK = <ISS или SEG.ACK > SND.NXT,
послать сигнал перезагрузки
<SEQ=SEG.ACK><CTL=RST>
(Если не выставлен бит RST. Если он все же выставлен,
то, ничего не делая выкинуть пришедший сегмент и вернуть управление прерванной программе.) Ликвидировать
сегмент, вернуть управление.
Если SND.UNA =< SEG.ACK =< SND.NXT, то полученное в сегменте подтверждение становится приемлемым.
Во-вторых, проверить бит RST.
В случае, если бит RST выставлен
Если ожидалось получение сегмента с подтверждением, то дать клиенту объявление "error: connection
reset", вернуть сегмент, перейти в состояние
CLOSED, убрать блок TCB, и, наконец, вернуть управление прерванной программе. В противном случае (нет
подтверждения) ликвидировать сегмент и вернуть
управление.
В-третьих, проверить уровни безопасности и приоритета
Если в пришедшем сегменте значения полей безопасность/
закрытость не совпадают в точности со значениями в
блоке TCB, то послать сигнал перезагрузки, а точнее
если имеется ACK, то послать
<SEQ=SEG.ACK><CTL=RST>
в противном случае послать
<SEQ=0><ACK=SEG.SEQ+SEG.LEN><CTL=RST,ACK>
Если имеется значение ACK, то
приоритет в пришедшем сегменте должен совпадать с
приоритетом, указанным в блоке TCB. Если это не
так, то послать сигнал перезагрузки
<SEQ=SEG.ACK><CTL=RST>
Если же ACK отсутствует, то выполнить следующее
Если в сегменте указан приоритет выше, чем приоритет в блоке TCB, то, если это позволяют клиент и система, увеличить значение приоритета в блоке TCB до
значения, указанного в сегменте.
Если же увеличивать приоритет не разрешается, послать сигнал перезагрузки:
<SEQ=0><ACK=SEG.SEQ+SEG.LEN><CTL=RST,ACK>
Если в сегменте указан приоритет, меньший, чем в
блоке TCB, то просто перейти к следующему пункту
анализа.
В-четвертых, проверить установку бита SYN. Данный этап
должен осуществляться только если бит ACK не вызывает проблем, или если он не установлен, сегмент также не содержит
сигнала RST.
Если бит SYN установлен и параметры безопасности/ закрытости
приоритета являются приемлемыми, то в переменную SEG.NXT записать значение SEG.SEQ+1, а IRS установить равным SEG.SEQ.
SND.UNA должно быть повышено до SEG.ACK (если имеется ACK), а
любые сегменты в очереди на повторную посылку, получившие таким образом подтверждение, должны быть удалены.
Если SND.UNA > ISS (наш сигнал SYN получит подтверждение), то
установить для соединения состояние ECTABLISHED и сформировать ACK сегмент
<SEQ-SND.NXT><ACK=RCV.NXT><CTL=ACK>
и отправить его. В этот сегмент могут быть включены данные
или команды из очереди на отправление. Если в пришедшем сегменте есть иные команды или даже некий текст в поле данных,
то продолжить обработку далее, начиная с шестого этапа ниже,
где осуществляется проверка бита URG. Если таких команд и
данных нет, передать управление прерванной программе.
Если же бит SYN не установлен, то перейти в состояние
SYN-RECEIVED, сформировать сегмент SYN, ACK:
<SEQ=ISS><ACK=RCV.NXT><CTL=SYN,ACK>
и послать его. Если в пришедшем сегменте имеются команды или
текст в поле данных, то поместить их в очередь для обработки
после установления ESTABLISH состояния. Вернуть управление
прерванной программе.
В-пятых, если установлены биты SYN или RST, то выкинуть
пришедший сегмент и вернуть управление прерванной программе.
Если во время прихода сегмента соединение находилось в состоянии,
не описанном выше, то
Во-первых, проверить номер очереди
Состояния
| SYN-RECEIVED |
|
ESTABLISHED |
|
FIN-WAIT-1 |
|
FIN-WAIT-2 |
|
CLOSE-WAIT |
|
CLOSING |
|
LAST-ACK |
|
TIME-WAIT |
Сегменты обрабатываются по очереди. По получении сегмента сперва осуществляется тест для удаления старых дубликатов, но
дальнейшая обработка осуществляется в порядке номеров
SEG.SEQ. Если содержимое сегмента перекрывает границу между
старой и пока новой информацией, то должны обрабатываться
только новые данные.
Тест на приемлемость приходящего сегмента рассматривает четыре варианта:
Длина
сегмента | Окно
получения | Текст |
| 0 | 0 | SEG.SEQ = RCV.NXT |
| 0 | >0 | RCV.NXT =< SEG.SEQ < RCV.NXT+RCV.WND |
| >0 | 0 | сегмент неприемлем |
| >0 | >0 | RCV.NXT =< SEG.SEQ < RCV.NXT+RCV.WND
или RCV.NXT =< SEG.SEQ+SEG.LEN-1 < RCV.NXT+RCV.WND |
Если RCV.WND нулевой, никакие сегменты не будут приемлемы,
однако должна быть специально оговорена приемлемость получения правильных сигналов ACK, URG и RST.
Если приходящий сегмент неприемлем, то в ответ послать
его подтверждение
<SEQ=SND.NXT><ACK=RCV.NXT><CTL=ACK>
если бит RST не установлен (если он все же выставлен, то
выкинуть пришедший сегмент и вернуть управление прерванной
программе. )
После посылки подтверждения ликвидировать не принятый сегмент и вернуть управление прерванной программе.
В дальнейшем рекомендации строятся на предположении, что
пришедший сегмент является идеализированным и начинается с
RSV.NXT, не выходящим за окно. Реальные же сегменты можно
подгонять под такое предположение, отбрасывая любые их части, выходящие за пределы окна (включая даже сигналы SYN и
FIN), и осуществляя дальнейшую их обработку только если
сегмент после этого начинается с номера RCV.NXT. Сегменты с
большими номерами в очереди сохраняются для обработки в
дальнейшем.
Во-вторых, проверить бит RST.
Состояние SYN-RECEIVED
Если бит RST установлен, то выполнить следующие действия:
Если данное соединение было инициировано командой пассивного открытия OPEN (например, был осуществлен переход из состояния LISTEN), то возвратить данное соединение
в состояние LISTEN, а управление вернуть прерванной программе. Нет нужды информировать об этом пользователя. Если данное соединение инициируется командой активного открытия OEPN (например, был переход из состояние SYN-SENT),
то происходит отказ от этого соединения, а клиенту посылается сообщение "connection refused". В любом случае
должны быть удалены все сегменты из очереди на повторную
посылку. Кроме того, в случае активного открытия перейти
в состояние CLOSED, удалить блок TCB и вернуть управление
прерванной программе.
Состояния
| ESTABLISHED |
|
FIN-WAIT-1 |
|
FIN-WAIT-2 |
|
CLOSE-WAIT |
Если установлен бит RST, то все ждущие обработки запросы RECEIVE и SEND должны получить ответ "reset".
Убрать все сегменты из очередей. Клиенты должны получить
необязательное сообщение общего назначения "connection
reset". Перейти в состояние CLOSED, стереть блок TCB и
вернуть управление прерванной программе.
Состояния
|
CLOSING |
|
LAST-ACK |
|
TIME-WAIT |
Если выставлен бит RST, то перейти в состояние CLOSED,
удалить блок TCB и вернуть управление прерванной программе.
В-третьих, проверить значение безопасности и приоритета у
пришедшего сегмента
Состояние SYN-RECIEVED
Если безопасность/закрытость и приоритет в пришедшем
сегменте не совпадают с безопасностью/закрытостью и приоритетом, указанными в блоке TCB, то послать сигнал перезагрузки и возвратить управление прерванной программе.
Состояние ESTABLISHED
Если безопасность/закрытость и приоритет в пришедшем
сегменте не совпадают в точности с безопасностью/ закрытостью и приоритетом, указанными в блоке TCB, то послать
сигнал перезагрузки, все еще остающиеся не обслуженными
запросы RECEIVED и SEND должны получить ответ "reset".
Все сегменты из очередей должны быть удалены. Клиенты
должны тоже получить необязательный общий сигнал
"connection reset". Перейти в состояние CLOSED, удалить
блок TCB и вернуть управление прерванной программе.
Заметим, что данная проверка ставится после проверки номера
в очереди для того, чтобы предотвратить разрыв данного соединения, инициированный получением сегмента, оставшегося от прежнего соединения с иными безопасностью и приоритетом, существовавшего некогда между данными портами.
В-четвертых, проверить бит SYN
Состояния
|
SYN-RECEIVED |
|
ESTABLISHED |
|
FIN-WAIT-1 |
|
FIN-WAIT-2 |
|
CLOSE-WAIT |
|
CLOSING |
|
LAST-ACK |
|
TIME-WAIT |
Если SYN находится в пределах окна, то послать сигнал
перезагрузки. Любые ждущие обработки команды RECEIVE и
SEND должны получить ответ "reset", убрать из очередей
все сегменты, а клиент должен получить необязательное
общее сообщение "connection reset". Перейти в состояние
CLOSED, убрать блок TCB, вернуть управление прерванной
программе.
Если SYN находится за пределами окна, то до данного
пункта дело не должно дойти. Еще на первом этапе (проверка номера очереди) должно было быть послано подтверждение.
В-пятых, проверить поле ACK
Если бит ACK не установлен, то сегмент ликвидировать, а
управление передать прерванной программе.
Если бит ACK установлен
Состояние SYN-RECEIVED.
Если SND.UNA =< SEG.ACK =< SND.NXT, то перейти в состояние ESTABLISHED и продолжить обработку.
Если же подтверждение в сегменте оказалось неприемлемым, то сформировать сегмент с сигналом перезагрузки
<SEQ=SEG.ACK><CTL=RST>
и послать его.
Состояние ESTABLISHED
Если SND.UNA < SEG.ACK =< SND.NXT, то установить в
SND.UNA значение из SEG.ACK. Любые сегменты из очереди
на повторную посылку, получившие при этом подтверждение, удаляются. Клиенты должны получить положительные
отзывы на буферы, которые были посланы командой SEND,
а ныне получили полное подтверждение (например, команда послать буфер с данными должна завершиться сообщением "ok").
Если подтверждение является дубликатом
(SEG.ACK < SND.UNA), то его можно игнорировать.
Если
сообщение ACK подтверждает что-либо, еще не отправленное (SEG.ACK > SND.NXT), то послать ACK, ликвидировать
сегмент и вернуть управление прерванной программе.
Если SND.UNA < SEG.ACK =< SND.NXT, то следует обновить окно для посылки.
Если (SND.WL1 < SEG.SEQ или
(SND.WL1 = SEG.SEQ и SND.WL2 =< SEG.ACK)), то установить SND.WND согласно значению SEG.WND, SND.WL1 в
SEG.SEQ, SND.WL2 в SEG.ACK.
Заметим, что в SND.WND записано смещение относительно SND.UNA, xnj d SND.WL1 записан номер очереди
для последнего сегмента, используемого для обновления
SND.WND, а также, что в SND.WL2 записан номер подтверждения из последнего сегмента, используемого для
обновления SND.WND. При этом проверка охраняет от использования устаревших сегментов для обновления окна.
Состояние FIN-WAIT-1
Все так же как при обработки в случае состояния
ESTABLISHED, но если наш сигнал FIN теперь получил
подтверждение, то перейти к FIN-WAIT-2 и продолжить
обработку в таком состоянии.
Состояние FIN-WAIT-2
Все так же как при обработке для случая состояния
ESTABLISHED, но если очередь повторной посылки пуста,
то команда клиента на закрытие соединения CLOSE может
получить подтверждение ("ok"), но при этом не удаляет
блока TCB.
Состояние CLOSE-WAIT
Делается та же обработка, что была для случая со
стояния ESTABLISHED.
Состояние CLOSING
Все так же, как при обработке в случае состояния
ESTABLISHED, но если ACK в пришедшем сегменте подтверждает наш сигнал FIN, то перейти в состояние TIME-WAIT. В противном случае сегмент игнорируется.
Состояние LAST-ACK
Единственная вещь, которая может произойти в этом
состоянии получение подтверждения на сигнал FIN.
Если наш сигнал FIN не был подтвержден, то удалить
блок TCB, перейти в состояние CLOSED и вернуть управление прерванной программе.
Состояние TIME-WAIT
Единственная вещь, которая может произойти в этом
состоянии это повторная передача чужого сигнала FIN.
Подтвердить сигнал и повторно стартовать по истечении
контрольного времени 2MSL.
В-шестых, проверить бит URG
Состояния
|
ESTABLISHED |
|
FIN-WAIT-1 |
|
FIN-WAIT-2 |
Если бит URG установлен, то в RCV.UP занести
max(RCV.UP, SEG.UP), а также дать знать клиенту, что на
другом конце соединения имеются срочные данные, если
срочный указатель (RCV.UP) стоит перед данными. Если же
клиент уже был оповещен о данной цепочке срочных данных
(или если все еще находится в "режиме срочности"), не
следует ему напоминать об этом снова.
Состояния
|
CLOSE-WAIT |
|
CLOSING |
|
LAST-ACK |
|
TIME-WAIT |
Такого не должно произойти, поскольку был получен си
гнал FIN с другого конца соединения. Игнорировать бит
URG.
В-седьмых, обработать данные их сегмента
Состояния
|
ESTABLISHED |
|
FIN-WAIT-1 |
|
FIN-WAIT-2 |
Раз мы оказались в состоянии ESTABLISHED, то стало
возможным принимать текст для размещения в буферах получения, указанных клиентом. Текст из сегментов может пере
носиться в буферы до тех пор, пока либо не наполнится
соответствующий буфер, либо не станет пустым сегмент.
Если сегмент пуст и несет флаг проталкивания PUSH, то
при возврате буфера оповестить клиента о том, что был
получен сигнал PUSH.
Когда протокол TCP берет на себя ответственность за
получение клиентом данных, то он должен также давать подтверждение факта получения этих данных.
Как только программа протокола TCP принимает на себя
управление потоком данных, она ставит значение RCV.NXT
перед блоком принимаемых данных, а RCV.WND устанавливает
соответственно емкости буфера в данный момент. В общем
случае значения RCV.NXT и RCV.WND не должны корректироваться в меньшую сторону.
Отметьте, пожалуйста, что управление окном базируется
на предположениях, указанных в главе 3.7.
Послать подтверждение в виде
<SEQ=SND.NXT><ACK=RCV.NXT><CTL=ACK>
Данное подтверждение должно быть добавлено к уходящему на
другой конец соединения сегменту и, по возможности, без
излишних задержек.
Состояния
|
CLOSE-WAIT |
|
CLOSING |
|
LAST-ACK |
|
TIME-WAIT |
Такого не должно случаться, поскольку был получен си
гнал FIN с другого конца соединения. Игнорировать текст в
сегменте.
В-восьмых, проверить бит FIN
Не обрабатывать сигнала FIN, если состояние CLOSED,
LISTEN или SYN-SENT, поскольку нет возможности проверить
SEG.SEQ, выкинуть пришедший сегмент и возвратить управление
прерванной программе.
Если бит FIN установлен, то дать клиенту сигнал
"connection closing", с тем же сообщением завершить все ждущие решения запросы RECEIVED, установить RCV.NXT перед местом в очереди сигнала FIN, послать для последнего подтверждение. Заметим, что сигнал FIN подразумевает проталкивание
(PUSH) текстов во всех сегментах, еще не полученных клиентом.
Состояния
Перейти в состояние CLOSE-WAIT
Состояние FIN-WAIT-1
Если наш сигнал FIN получил подтверждение (возможно в
этом же сегменте), то перейти в состояние TIME-WAIT, за
пустить контрольный таймер, отключить все иные таймеры.
Если подтверждения не было, перейти в состояние CLOSING.
Состояние FIN-WAIT-2
Перейти в состояние TIME-WAIT. Запустить контрольный
таймер, отключить все контрольные таймеры.
Состояние CLOSE-WAIT
Остаться в состоянии CLOSE-WAIT
Состояние CLOSING
Остаться в состоянии CLOSING
Состояние LAST-ACK
Остаться в состоянии LAST-ACK
Состояние TIME-WAIT
Остаться в состоянии TIME-WAIT. По истечении контрольного
времени 2MSL стартовать повторно.
Вернуть управление прерванной программе.
Истечение контрольного времени для клиента
Если истекло контрольного время, то в каком бы состоянии не
находилась программа, убрать все очереди, дать клиенту общий
сигнал "error: connection aborted due to user timeout", такой
же сигнал дать всем ждущим обработки запросам, ликвидировать
блок TCB, перейти в состояние CLOSED, вернуть управление прерванной программе.
Истечение контрольного времени для повторной посылки
В каком бы состоянии не находилась программа, если для сегмента в очереди на повторную посылку истекло контрольное время,
послать этот сегмент еще раз, но уже вне очереди, произвести
вновь инициализацию таймера повторной посылки, вернуть управление прерванной программе.
Истечение контрольного времени для состояния TIME-WAIT
Если истекло контрольное время для состояния TIME-WAIT, то
ликвидировать соединение и блок TCB, перейти в состояние
CLOSED, вернуть управление прерванной программе.
Словарь
1822
BBN Report 1822, "The Specification of the Interconnection of a
Host and an IMP". Спецификация интерфейса между хост-компьютером и сетью ARPANET.
ACK
Контрольный бит (подтверждения), не занимающий какого-либо места в очереди. Бит информирует о том, что поле подтверждения в
данном сегменте определяет номер очереди, который хочет получить программа протокола TCP, пославшая данный сегмент. Это
означает подтверждение факта получения всех предшествующих сегментов в очереди.
ARPANET сообщение
Единица посылки между хост-компьютером и IMP в сети ARPANET.
Максимальный размер такой единицы около 1012 октетов (8096
бит).
ARPANET пакет
Единица посылки между разными IMP внутри сети ARPANET. Максимальный размер такой единицы около 126 октетов (1008 бит).
Соединение
Логический путь для коммуникаций, определяемый парой сокетов.
Датаграмма
Сообщение, посылаемое через компьютерную коммуникационную систему с коммуникацией пакетов.
Адрес получателя
Адрес получателя это обычно идентификаторы сети и хост-компьютера
FIN
Контрольный бит (конечный), занимающий одно место в очереди и
указывающий на то, что программа протокола TCP не будет более
посылать данные или какие-либо команды, под которые следует в
очереди отводить место.
Фрагмент
Часть логической единицы данных. В частности фрагмент Internet
являются частью Internet датаграммы.
FTP
Протокол передачи файлов
Заголовок
Контрольная информация в начале сообщения, сегмента, фрагмента,
пакета или блока данных
хост-компьютер
Просто компьютер. В частности, он является отправителем и получателем сообщений с точки зрения коммуникационной сети.
Идентификация
Поле Internet протокола. Значение этого поля назначает отправитель для идентификации с тем, чтобы осуществлять сборку фрагментов датаграммы.
IMP
Процессор интерфейсных сообщений, переключатель пакетов в сети
APRANET.
Internet адрес
Адрес отправителя или получателя на уровне хоста
Internet датаграмма
Блок данных, передаваемый между модулем протокола Internet и
программой вышестоящего протокола, снабженное Internet заголовком.
Internet фрагменты
Часть данных из Internet датаграммы, которая обзавелась собственным Internet заголовком.
IP
протокол Internet
IRS
Первоначальный номер в очереди получения. Первый номер очереди,
который использует программа протокола TCP при посылке данных
через соединение.
ISN
Первоначальный номер очереди. Первый номер, используемый соединением (либо ISS либо IRS). Определяется процедурой выбора,
использующей таймер.
ISS
Первоначальный номер в очереди посылки. Первый номер очереди,
используемый программой протокола TCP при посылке данных через
соединение.
leader
Некая контрольная информация в начале сообщения или блока данных. В частности, в сети ARPANET контрольная информация о
ARPANET сообщении записана в формате хост-IMP интерфейса.
Остающаяся очередь
Это следующий номер в очереди, который должен быть подтвержден
программой TCP, получающей данные (или иначе наименьший номер
в очереди, еще не получивший в данный момент своего подтверждения). Иногда на него ссылаются как на левый край окна посылки.
Местный пакет
Блок данных, передаваемый в местной сети
Модуль
Реализация, обычно программа, какого-либо протокола или иной
процедуры.
MSL
Максимальное время жизни сегмента. Время, в течении которого
TCP сегмент может существовать в системе объединенных сетей.
Примерно оценивается в 2 минуты.
Октет
Байт, состоящий из восьми битов
Опции
Поле опций может содержать несколько опций, каждая опция может
иметь длину в несколько октетов. В основном, опции используются
для тестирования различных ситуаций. Например, опции могут нести временной штамп. Поля с опциями могут иметь оба протокола
Internet и TCP.
Пакет
Пакет данных, имеющий заголовок, который в свою очередь может
быть логически завершенным, а может и не быть. Чаще это означает физическую упаковку данных, нежели логическую.
Порт
Часть сокета, указывающая логический канал ввода или вывода для
процесса, имеющего дело с данными.
Процесс
Некая использующаяся программа. Отправитель или получатель данных с точки зрения протокола TCP или иных фрагментов уровня
хост-хост.
PUSH
Контрольный бит, который не требует места в очереди и указывает
на то, что данный сегмент содержит данные, которые следует
"протолкнуть" к клиенту-адресату.
RCV.NXT
Следующий номер в очереди получения
RCV.UP
Срочный указатель для получения
RCV.WND
Окно получения
Следующий номер в очереди получения
Это следующий номер в очереди, который хочет получить местная
программа протокола TCP
Окно получения
Это понятие характеризует номера в очереди, которые должна по лучить местная программа протокола TCP. Таким образом, местная
программа TCP считает, что сегменты, попадающие в диапазон от
RCV.NXT до RCV.NXT+RCV.WND-1, несут данные и команды управления, которые следует принимать во внимание. Сегменты, чьи номера в очереди ни коим образом не попадают в этот диапазон, воспринимаются как дубликаты и ликвидируются.
RST
Контрольный бит (бит перезагрузки), который не занимает места в очереди и указывает, что получатель этого бита должен ликвидировать соединение без каких-либо дополнительных действий. Получатель может, основываясь на анализе номера очереди и поля подтверждения в сегменте, принесшем данный сегмент, решить, следует ли выполнять операцию перезагрузки или же следует проигнорировать эту команду. Ни в коем случае получатель сегмента с битом RST не должен давать в ответ ту же команду RST.
RTP
Протокол реального времени. Протокол для передачи критической
информации между хост-компьютерами.
SEG.ACK
Подтверждение сегмента
SEG.LEN
Длина сегмента
SEG.PRC
Значение приоритета в сегменте
SEG.SEQ
Номер очереди для сегмента
SEG.UP
Поле срочного указателя для сегмента
SEG.WND
Поле окна в сегменте
Сегмент
Логический блок данных. В частности, сегмент TCP является блоком данных, который передается между парой TCP модулей.
Подтверждение сегмента
Номер для очереди в поле подтверждения в пришедшем сегменте
Длина сегмента
Место в очереди, которое занимают данные этого сегмента (с учетом также всех команд, под которые тоже отводится место в очереди).
Номер сегмента в очереди
Значение в поле номера у пришедшего сегмента
Номер в очереди отправления
Следующий номер очереди для местной программы протокола TCP,
отправляющей данные и использующей эти номера для управления
соединением. Первоначальный номер очереди (ISN) выбирается процедурой инициализации, а затем увеличивается на единицу с передачей по сети каждого октета данных или некоторой команды.
Окно посылки
Окно представляет собой набор номеров из очереди, которые желает получить чужая программа протокола TCP. Информация о границах этого окна берется из сегментов, пришедших от чужой программы TCP, получающей данные. Программе протокола TCP дозволяется посылать данные с номерами от SND.NXT до SND.UNA+SND.WND-1
(конечно, это подразумевает повторную посылку тех данных, чьи
номера лежат между SND.UNA и SND.NXT).
SND.NXT
Очередь на посылку
SND.UNA
Очередь еще не посланных данных
SND.UP
Срочный указатель в очереди на посылку
SND.WL1
Номер очереди сегмента в последнем обновленном окне
SND.WL2
Номер подтверждения сегмента в последнем обновленном окне
SND.WND
Окно посылки
Сокет
Адрес, который особым образом включает в себя идентификатор
порта. А именно, он включает связь Internet адреса с TCP портом
Адрес отправителя
Адрес отправления, обычно состоящий из идентификаторов сети и
хост-компьютера.
SYN
Контрольный бит в приходящем сегменте, который занимает одно
место в очереди и используется для инициализации соединения,
для указания, где начинается отсчет номеров очереди.
TCB
Контрольный блок для передачи, некая структура данных, где записан статус соединения.
TCB.PRC
Приоритет данного соединения
TCP
Протокол управления пересылкой, протокол для надежной передачи
информации между хост-компьютерами в системе объединенных сетей.
TOS
Тип сервиса, поле заголовка в Internet протоколе
Тип сервиса
Поле заголовка в Internet протоколе, которое определяет тип
сервиса для данного фрагмента в стандарте Internet.
URG
Контрольный бит (бит срочности), который не требует места в
очереди. Этот бит требует, чтобы клиенту был послан приказ использовать ускоренную обработку до тех пор, пока имеются данные, чьи номера в очереди меньше, чем указано в срочном указателе.
Срочный указатель
Срочный указатель имеет значение лишь если установлен бит URG.
В поле срочного указателя определяется значение, которое указывает на некий октет данных,. Последний был связан с запросом
клиента на срочную пересылку
Ссылки
| [1] | Cerf, V., and R. Kahn, "A Protocol for Packet Network
Intercommunication", IEEE Transactions on Communications,
Vol. COM-22, No. 5, pp 637-648, May 1974. |
| [2] | Postel, J, (ed.) "Internet Protocol DARPA Internet Program
Protocol Specification", RFC 791, USC/Information Sciences
Institute, September 1981. |
| [3] | Dalal, Y. and C.Sunshine, "Connection Management in Transport
Protocols", Computer Networks, Vol. 2, No. 6, pp. 454-473,
December 1978. |
| [4] | Posterl, J, "Assigned Numbers", RFC 790, USC/Information
Sciences Institute, September 1981. |
🔥 VPS до 5.7 ГГц под любые задачи с AntiDDoS в 7 локациях
Виртуальные VPS серверы в РФ и ЕС
