Читаем без скачивания TCP/IP Архитектура, протоколы, реализация (включая IP версии 6 и IP Security) - Сидни Фейт

10.7.2 Окно отправки

Система, передающая данные, должна отслеживать две характеристики: сколько данных уже было отправлено и подтверждено, а также текущий размер приемного окна получателя. Активное пространство отправки (send space) расширяется от первого неподтвержденного октета к левому краю текущего приемного окна. Часть окна, используемая для отправки, указывает, сколько еще дополнительных данных можно послать партнеру.

Начальный порядковый номер и начальный размер приемного окна задаются во время установки соединения. Рис. 10.13 иллюстрирует некоторые особенности механизма пересылки данных.

1. Отправитель начинает работу с окном отправки в 4 Кбайт.

2. Отправитель пересылает 1 Кбайт. Копия этих данных сохраняется до получения подтверждения (ACK), поскольку может потребоваться их повторная передача.

3. Прибывает сообщение ACK для первого Кбайта, и отправляются следующие 2 Кбайт данных. Результат показан в третьей сверху части рис. 10.13. Хранение 2 Кбайт продолжается.

4. Наконец поступает ACK для всех переданных данных (т.е. все они получены приемником). ACK восстанавливает размер окна отправки в 4 Кбайт.

Рис. 10.13. Окно отправки

Следует указать на несколько интересных особенностей:

■ Отправитель не дожидается ACK для каждого из посылаемых сегментов данных. Единственным ограничением на пересылку является размер приемного окна (например, отправитель должен пересылать только 4 К однобайтовых сегментов).

■ Предположим, что отправитель посылает данные в нескольких очень коротких сегментах (например, по 80 байт). В этом случае данные могут быть переформатированы для более эффективной передачи (например, в единый сегмент).

10.8 Заголовок TCP

На рис. 10.14 показан формат сегмента (заголовок TCP и данные). Заголовок начинается с идентификаторов портов источника и назначения. Следующее далее поле порядкового номера (sequence number) указывает позицию в исходящем потоке данных, которую занимает данный сегмент. Поле ACK (подтверждения) содержит сведения о предполагаемом следующем сегменте, который должен появиться во входном потоке данных.

Рис. 10.14. Сегмент TCP

Существуют шесть флагов:

URG Равен 1 для срочных данных ACK Равен 1 для всех сегментов, кроме начального PSH Указывает на необходимость своевременной доставки данных RST Индикатор ошибки, используется и для завершения сеанса SYN Равен 1 во время установки соединения FIN Равен 1 при нормальном закрытии

Поле смещения данных (Data Offset) содержит размер заголовка TCP в 32-разрядных словах. Заголовок TCP должен заканчиваться на 32-битной границе.

10.8.1 Вариант максимального размера сегмента

Параметр "максимальный размер сегмента" (maximum segment size — MSS) применяется для объявления о наибольшем куске данных, который может быть принят и обработан системой. Однако название несколько неточно. Обычно в TCP сегмент рассматривается как заголовок плюс данные. Однако максимальный размер сегмента определяется как:

Размер наибольшей датаграммы, которую можно принять, – 40

Другими словами, MSS отражает наибольшую полезную нагрузку в приемнике при длине заголовков TCP и IP по 20 байт. Если имеются дополнительные параметры, их длину следует вычесть из общего размера. Следовательно, количество данных, которые можно переслать в сегменте, определяется как:

Заявленное значение MSS + 40 – (сумма длин заголовков TCP и IP)

Обычно партнеры обмениваются значениями MSS в начальных сообщениях SYN при открытии соединения. Если система не анонсирует величину максимального размера сегмента, используется значение по умолчанию в 536 байт.

Размер максимального сегмента кодируется 2-байтовой вводной частью со следующим далее 2-байтовым значением, т.е. наибольшая величина будет составлять 216-1 (65 535 байт).

MSS накладывает жесткое ограничение на пересылаемые в TCP данные: приемник не сможет обработать большие значения. Однако отправитель использует сегменты меньшего размера, поскольку для соединения определяется еще размер MTU по пути следования.

10.8.2 Использование полей заголовка в запросе на соединение

Первый сегмент, посылаемый для открытия соединения, имеет значение флага SYN, равное 1, и флага ACK — 0. Начальный SYN является единственным сегментом, имеющим поле ACK со значением 0. Отметим, что средства защиты пользуются этим признаком для выявления входных запросов на сеанс TCP.

Поле порядкового номера содержит начальный порядковый номер (initial sequence number), поле окна — начальный размер приемного окна. Единственным определенным на сегодняшний момент параметром TCP является максимальный размер сегмента (когда он не указан, используется значение по умолчанию в 536 байт), который предполагает получать TCP. Это значение занимает 32 бита и обычно присутствует в запросе на соединение в поле вариантов (Option). Длина заголовка TCP, содержащего значение MSS, составляет 24 байта.

10.8.3 Использование полей заголовка в ответе на запрос соединения

В разрешающем ответе на запрос соединения оба флага (SYN и ACK) равны 1. Отвечающая система указывает начальный порядковый номер в соответствующем поле, а размер приемного окна — в поле Window. Максимальный размер сегмента, который желает использовать получатель, обычно находится в ответе на запрос о соединении (в поле вариантов). Это значение может отличаться от значения запрашивающей соединение стороны, т.е. могут применяться две разные величины.

Запрос на соединение может быть отклонен посредством указания в ответе флага сброса (RST) со значением 1.

10.8.4 Выбор начального порядкового номера

Спецификация TCP предполагает, что во время установки соединения каждая из сторон выбирает начальный порядковый номер (по текущему значению 32-разрядного внутреннего таймера). Как это выполняется?

Представим, что произойдет при крахе системы. Предположим, что пользователь открыл соединение как раз перед крахом и отправил небольшое количество данных. После восстановления система уже не помнит ничего из того, что делалось перед крахом, включая уже запущенные соединения и присвоенные номера портов. Пользователь повторно устанавливает соединение. Номера портов не совпадают с первоначальными присваиваниями, и некоторые из них, возможно, уже используются другими соединениями, установленными за несколько секунд до краха.

Поэтому другая сторона в самом конце соединения может не знать о том, что ее партнер прошел через крах и его работа затем была восстановлена. Все это приведет к серьезным сбоям в работе, особенно когда проходит долгое время, пока старые данные не пройдут по сети и не смешаются с данными от вновь созданного соединения. Выбор по таймеру старта с обновлением (fresh start) позволяет исключить подобные проблемы. Старые данные будут иметь иную нумерацию, чем диапазон порядковых номеров нового соединения. Хакеры при фальсификации IP-адреса источника для доверительного хоста пытаются получить доступ к компьютерам с помощью указания в сообщении предсказуемого начального порядкового номера. Криптографическая функция хеширования на основе внутренних ключей служит лучшим способом для выбора защищенных начальных номеров.

10.8.5 Общепринятое использование полей

При подготовке заголовка TCP к пересылке порядковый номер первого октета передаваемых данных указывается в поле последовательного номера (Sequence Number).

Номер следующего октета, ожидаемого от партнера по соединению, заносится в поле подтверждения (Acknowledgment Number) при установке бита ACK в 1. Поле окна (Window) предназначено для текущего размера приемного окна. В этом поле содержится количество байтов от номера подтверждения, которое можно принять. Отметим, что это значение позволяет точно управлять потоком данных. С помощью этого значения партнер указывает реальное состояние приемного окна в течение сеанса обмена.