Рис. 9.5. Заголовки IP и UDP для запроса и ответа
Запрос был послан из IP-адреса 128.1.1.1 и порта UDP с номером 1227 на IP-адрес назначения 128.1.1.10 и 161-й порт UDP (запросы сетевого обслуживания всегда направляются на порт UDP с номером 161).
В обоих заголовках IP поле протокола имеет значение 17, что указывает на использование протокола UDP. Контрольная сумма UDP не вычисляется для запроса, но присутствует в ответе.
Анализатор Sniffer распознает, что порт 161 назначен для сетевого обслуживания.
9.5 Нагрузки в UDP
Когда приложение получает порт UDP, сетевое программное обеспечение протокола резервирует несколько буферов для хранения очереди поступающих на этот порт пользовательских датаграмм. Службы на основе UDP не могут предвидеть количество одновременно поступающих датаграмм и управлять ими.
Если на службу приходит больше датаграмм, чем она может обработать, то дополнительные сообщения просто отбрасываются. Этот факт можно обнаружить с помощью секции UDP Socket Overflows (переполнение в socket протокола UDP) отчета сетевой статистики. Например, приведенный ниже отчет создан командой netstat:
> netstat -s
. . .
udp:
0 incomplete headers
0 bad data length fields
0 bad checksums
17 socket overflows
9.6 Дополнительная литература
Протокол User Datagram Protocol определен в RFC 768. RFC от 862 до 865 обсуждают UDP-службы, echo, discard, character generator и quote of the day. RFC 867 описывает утилиту daytime, a RFC 1119 представляет вторую версию службы network time. Протокол BOOTP рассматривается в главе 11, а о дополнительных службах UDP будет упомянуто в следующих главах.
Глава 10
Протокол TCP
10.1 Введение
Протокол IP слишком прост для того, чтобы в его рамках сконцентрироваться на основной цели этого протокола: маршрутизации данных от источника к назначению. Поэтому работу по обеспечению для трафика датаграмм надежности соединения между приложениями выполняет протокол TCP, который реализуется на каждом из конечных хостов. Поверх протокола TCP реализованы службы WWW, регистрации с терминала, пересылки файлов и обработки электронной почты.
10.1.1 Основные службы TCP
TCP можно рассматривать как средство обеспечения запросов данных (data call) по аналогии с обычными телефонными звонками. Вызывающая сторона указывает точку назначения, а на другом конце слушающее приложение реагирует на поступающие вызовы и устанавливает соединение. Производится обмен данными между двумя концами соединения, а но завершении обмена оба партнера говорят "До свидания" и вешают трубки.
IP пытается доставлять датаграммы, прилагая максимальные усилия, однако по пути следования данные могут разрушиться или прибыть в точку назначения в ином порядке, чем были отправлены. Датаграмма может путешествовать по сети достаточно долго и прибывать в произвольные моменты времени. Именно в TCP обеспечивается надежность, порядок следования и исключаются неисправности и ошибки.
Приложение быстрого и мощного хоста может перегрузить данными медленного получателя. В TCP реализовано управление потоком (flow control), позволяющее получателю (receiver) регулировать скорость пересылки данных отправителем. Кроме того, в TCP встроен механизм реакции на текущее состояние сети, подстраивающий поведение протокола для получения оптимальной производительности.
10.1.2 TCP и модель клиент/сервер
TCP естественным образом интегрируется в окружение клиент/сервер (см. рис. 10.1). Серверное приложение прослушивает (listen) поступающие запросы на соединение. Например, службы WWW, пересылки файлов или доступа с терминала прослушивают запросы, поступающие от клиентов. Коммуникации в TCP запускаются соответствующими подпрограммами, которые и инициализируют соединение с сервером (см. главу 21 о программном интерфейсе socket).
Рис. 10.1. Клиент вызывает сервер.
Реально клиент может быть другим сервером. Например, почтовые серверы могут соединяться с другими почтовыми серверами для пересылки сообщений электронной почты между компьютерами.
10.2 Концепции TCP
В какой форме приложения должны пересылать данные в TCP? В каком виде TCP передает данные в IP? Каким образом передающий и принимающий протоколы TCP идентифицируют соединение между приложениями и необходимые для его реализации элементы данных? На все эти вопросы даны ответы в следующих разделах, описывающих основные концепции TCP.
10.2.1 Входной и выходной потоки данных
Концептуальная модель соединения предполагает пересылку приложением потока данных равному приложению. В то же время оно способно принимать поток данных от своего партнера по соединению. TCP предоставляет полнодуплексный (full duplex) режим работы, при котором одновременно обслуживаются два потока данных (см. рис. 10.2).
Рис. 10.2. Приложения обмениваются потоками данных.
10.2.2 Сегменты
TCP может преобразовывать выходящий из приложения поток данных в форму, пригодную для размещения в датаграммах. Каким образом?
Приложение передает данные в TCP, а этот протокол помещает их в выходной буфер (send buffer). Далее TCP вырезает куски данных из буфера и отправляет их, добавляя заголовок (при этом формируются сегменты — segment). На рис. 10.3 показано, как данные из выходного буфера TCP пакетируются в сегменты. TCP передает сегмент в IP для доставки в виде отдельной датаграммы. Пакетирование данных в куски правильной длины обеспечивает эффективность их пересылки, поэтому до создания сегмента TCP будет ожидать, пока в выходном буфере не появится соответствующее количество данных.
Рис. 10.3 Создание сегмента TCP
10.2.3 Выталкивание
Однако большие объемы данных часто невозможно применить для реальных приложений. Например, когда клиентская программа конечного пользователя инициирует интерактивный сеанс с удаленным сервером, далее пользователь только вводит команды (с последующим нажатием на клавишу Return).
Клиентской программе пользователя нужно, чтобы TCP знал о пересылке данных на удаленный хост и выполнил эту операцию немедленно. В этом случае используется выталкивание (push).
Если посмотреть на операции в интерактивном сеансе, можно обнаружить много сегментов с небольшим количеством данных, и, более того, выталкивание можно встретить практически в каждом сегменте данных. Однако выталкивание не должно применяться во время пересылки файлов (за исключением самого последнего сегмента), и TCP сможет наиболее эффективно паковать данные в сегменты.
10.2.4 Срочные данные
Модель пересылки данных приложением предполагает применение упорядоченного потока байтов, следующего к точке назначения. Снова обратившись к примеру интерактивного сеанса, предположим, что пользователь нажал клавишу attention (внимание) или break (прерывание). Удаленное приложение должно быть способно пропустить мешающие байты и отреагировать на нажатие клавиши как можно скорее.
Механизм срочных данных (urgent data) маркирует специальную информацию в сегменте как срочную. Этим TCP сообщает своему партнеру, что сегмент содержит срочные данные, и может указать, где они находятся. Партнер должен переслать эту информацию в приложение назначения как можно скорее.
10.2.5 Порты приложения
Клиент должен идентифицировать службу, к которой он хочет получить доступ. Это выполняется через спецификацию IP-адреса службы хоста и его номера порта TCP. Как и для UDP, номера портов TCP находятся в диапазоне от 0 до 65 535. Порты в диапазоне от 0 до 1023 называются общеизвестными (well-known) и используются для доступа к стандартным службам.
Несколько примеров общеизвестных портов и соответствующих им приложений показано в таблице 10.1. Службы Discard (порт 9) и chargen (порт 19) являются TCP-версиями уже известных нам по UDP служб. Нужно помнить, что трафик на порт 9 протокола TCP полностью изолирован от трафика на порт 9 протокола UDP.
Таблица 10.1 Общеизвестные порты TCP и соответствующие им приложения
Порт Приложение Описание 9 Discard Отмена всех входящих данных 19 Chargen Генератор символов. Обмен потоком символов 20 FTP-Data Порт пересылки данных FTP 21 FTP Порт для диалога FTP 23 TELNET Порт для удаленной регистрации по Telnet 25 SMTP Порт протокола SMTP 110 POP3 Служба выборки почтовых сообщений для персональных компьютеров 119 NNTP Доступ к сетевым новостям
Что можно сказать о портах, используемых клиентами? В редких случаях клиент работает не через общеизвестный порт. Но в таких ситуациях, желая открыть соединение, он часто запрашивает у операционной системы присвоения ему неиспользуемого и незарезервированного порта. В конце соединения клиент обязан возвратить этот порт обратно, после чего порт может быть использован повторно другим клиентом. Поскольку в пуле нерезервированных номеров существует более 63 000 портов TCP, ограничения на порты для клиентов можно не учитывать.
