Элементы транспортных протоколов. Адресация. Установка соединения. Разрыв соединения

Транспортные услуги реализуются транспортным протоколом, используемым между двумя транспортными подсистемами. В некоторых отношениях транспортные протоколы напоминают протоколы канального уровня: занимаются обработкой ошибок, управлением очередями и потоками. На канальном уровне два маршрутизатора общаются напрямую по физическому каналу (проводному или беспроводному), тогда как на транспортном уровне физический канал заменен целой сетью. Это отличие оказывает важное влияние на протоколы:

— при двухточечном соединении по проводу или оптоволоконной линии маршрутизатору обычно не требуется указывать, с каким маршрутизатором он хочет поговорить, — каждая выходная линия ведет к определенному маршрутизатору. На транспортном уровне требуется явно указывать адрес получателя.

— процесс установки соединения по проводу прост: противоположная сторона всегда присутствует. На транспортном уровне начальная установка соединения, как будет показано ниже, происходит достаточно сложно.

— сеть потенциально обладает возможностями хранения информации: когда маршрутизатор посылает пакет по каналу связи, он может прибыть или потеряться, но он не может побродить где-то какое-то время, спрятаться в отдаленном уголке земного шара, а затем внезапно появиться, прибыв в место назначения после пакетов, отправленных гораздо позже него. Последствия способности сети задерживать и копировать пакеты иногда могут быть катастрофичными и требуют применения специальных протоколов, обеспечивающих правильную передачу данных.

— наличие на транспортном уровне большого изменяющегося количества соединений с пропускной способностью, колеблющейся вследствие конкуренции соединений, может потребовать принципиально другого подхода, отличного от использовавшегося на канальном уровне. На транспортном уровне из-за большого количества управляемых соединений и колебаний пропускной способности для каждого из них идея выделения нескольких буферов каждому соединению выглядит не столь привлекательно.

Адресация. Когда один прикладной процесс желает установить соединение с другим прикладным процессом, он должен указать, с кем именно он хочет связаться. Применяемый обычно метод состоит в определении транспортных адресов, к которым процессы могут посылать запросы на установку соединения. В Интернете такие конечные точки называются портами. TSAP (точка доступа к услугам транспортного уровня) — конечные точки на транспортном уровне. Аналогичные конечные точки сетевого уровня (то есть адреса сетевого уровня) называются NSAP (точка доступа к сетевым услугам). Примерами NSAP являются IP-адреса.

Установка соединения. Основная идея метода заключается в том, что отправитель присваивает сегментам последовательные номера, которые не будут повторно использоваться в течение последующих T секунд. Размер такого номера складывается из этого периода, T, а также скорости пакетов в секунду. Таким образом, в любой момент времени может отправляться только один пакет с данным номером. Копии этого пакета все равно могут появиться, и получатель должен их удалить. Однако теперь невозможна такая ситуация, при которой задержавшийся дубликат пакета принимается получателем вместо нового пакета с тем же порядковым номером.

Чтобы обойти проблему потери машиной памяти предыдущих состояний (при выходе ее из строя), можно сделать так, чтобы транспортная подсистема оставалась неактивной в течение первых T секунд после восстановления. В таком случае все старые сегменты исчезнут, и отправитель сможет начать процесс заново, используя любой последовательный номер. Недостаток этой идеи состоит в том, что в крупных интерсетях период времени T может быть достаточно большим. Вместо этого Томлинсон предложил снабдить каждый хост часами. Часы разных хостов синхронизировать не обязательно. Предполагалось, что часы представляют собой двоичный счетчик, увеличивающийся через равные интервалы времени. Кроме того, число разрядов счетчика должно равняться числу битов в последовательных номерах (или превосходить его). Последнее и самое важное предположение состоит в том, что часы продолжают идти, даже если хост зависает. При установке соединения младшие k бит часов используются в качестве k-битного начального порядкового номера. Как только обе транспортные подсистемы договариваются о начальном порядковом номере, для управления потоком данных может применяться любой протокол сколь- зящего окна. Такой протокол правильно найдет и удалит дубликаты пакетов, когда они уже будут приняты. В действительности график порядковых номеров (показанный жирной линией) не прямой, а ступенчатый, так как показания часов увеличиваются дискретно. Впрочем, для простоты мы проигнорируем эту деталь.

Разрыв соединения. Существует два стиля разрыва соединения: асимметричный и симметричный. Асимметричный разрыв связи соответствует принципу работы телефонной системы: когда одна из сторон вешает трубку, связь прерывается. При симметричном разрыве соединение рассматривается в виде двух отдельных однонаправленных связей, и требуется раздельное завершение каждого соединения.