TCP/IP Архитектура, протоколы, реализация (включая IP версии 6 и IP Security)

Фейт Сидни М.

10.11 Завершение сеанса

10.11.1 Тайм-аут

Работа партнера по соединению может завершиться крахом либо полностью прерваться вследствие неисправности шлюза или связи. Чтобы предотвратить повторную пересылку данных в TCP, существует несколько механизмов.

Достигнув первого порогового значения для повторной пересылки (ретрансляции), TCP указывает IP на необходимость проверки отказавшего маршрутизатора и одновременно информирует приложение о возникшей проблеме. TCP продолжает пересылку данных, пока не будет достигнуто второе граничное значение, и

только после этого разрывает соединение.

Разумеется, перед тем как это произойдет, может поступить сообщение ICMP о недостижимости точки назначения по каким-то причинам. В некоторых реализациях даже после этого TCP продолжит попытки доступа к точке назначения до завершения интервала тайм-аута (после чего проблема может быть зафиксирована). Далее приложению сообщается о недостижимости точки назначения.

Приложение может установить собственный тайм-аут на доставку данных и проводить собственные операции при завершении этого интервала. Обычно производится разрыв соединения.

10.11.2 Поддержание соединения

Когда незавершенное соединение долгое время имеет данные для пересылки, оно получает статус неактивного. Во время периода неактивности может произойти крах сети или обрыв физических линий связи. Как только сеть снова станет работоспособной, партнеры продолжат обмен данными, не прерывая сеанса связи. Данная стратегия соответствовала требованиям Министерства обороны.

Однако любое соединение — активное или неактивное — занимает много памяти компьютера. Некоторым администраторам нужно возвратить в системы неиспользованные ресурсы. Поэтому многие реализации TCP способны посылать сообщение о поддержании соединения (keep-alive), тестирующее неактивные соединения. Такие сообщения периодически отправляются партнеру для проверки его существования в сети. В ответ должны поступать сообщения ACK. Использование сообщений о поддержании соединения не является обязательным. Если в системе имеется такая возможность, приложение может отменить ее собственными средствами. Предполагаемый период по умолчанию для тайм-аута поддержания соединения составляет целых два часа!

Вспомним, что приложение может установить собственный таймер, по которому на своем уровне и будет принимать решение о завершении соединения.

10.12 Производительность

Насколько эффективна работа TCP? На производительность ресурсов влияют многие факторы, из которых основными являются память и полоса пропускания (см. рис. 10.17).

Рис. 10.17. Факторы производительности TCP

Полоса пропускания и задержки в используемой физической сети существенно ограничивают пропускную способность. Плохое качество пересылки данных приводит к большому объему отброшенных датаграмм, что вызывает повторную пересылку и, как следствие, снижает эффективность полосы пропускания.

Приемная сторона должна обеспечить достаточное буферное пространство, позволяющее отправителю выполнять пересылку данных без пауз в работе. Это особенно важно для сетей с большими задержками, в которых между отправкой данных и получением ACK (а также при согласовании размера окна) проходит большой интервал времени. Для поддержания устойчивого потока данных от источника принимающая сторона

должна иметь окно размером не менее чем произведение полосы пропускания на задержку.

Например, если источник может отсылать данные со скоростью 10 000 байт/с, а на возврат ACK тратится 2 с, то на другой стороне нужно обеспечить приемное окно размером не менее 20 000 байт, иначе поток данных не будет непрерывным. Приемный буфер в 10 000 байт вполовину снизит пропускную способность.

Еще одним важным фактором для производительности является способность хоста реагировать на высокоприоритетные события и быстро выполнять контекстное переключение, т.е. завершать одни операции и переключаться на другие. Хост может интерактивно поддерживать множество локальных пользователей, пакетные фоновые процессы и десятки одновременных коммуникационных соединений. Контекстное переключение позволяет обслуживать все эти операции, скрывая нагрузки на систему. Реализации, в которых проведена интеграция TCP/IP с ядром операционной системы, могут существенно снизить нагрузки от использования контекстного переключения.

Ресурсы центрального процессора компьютера необходимы для операций по обработке заголовков TCP. Если процессор не может быстро вычислять контрольные суммы, это приводит к снижению скорости пересылки данных по сети.

Кроме того, разработчикам следует обращать внимание на упрощение конфигурирования параметров TCP, чтобы сетевой администратор мог настроить их в соответствии со своими локальными требованиями. Например, возможность настройки размера буфера на полосу пропускания и задержку сети существенно улучшит производительность. К сожалению, многие реализации не уделяют этому вопросу должного внимания и жестко программируют коммуникационные параметры.

Предположим, что сетевое окружение совершенно: имеются достаточные ресурсы и контекстное переключение выполняется быстрее, чем ковбои выхватывают свои револьверы. Будет ли получена прекрасная производительность?

Не всегда. Имеет значение и качество разработки программного обеспечения TCP. За долгие годы в различных реализациях TCP были диагностированы и решены многие проблемы производительности. Можно считать, что наилучшим будет программное обеспечение, соответствующее документу RFC 1122, в котором определены требования к коммуникационному уровню хостов Интернета.

Не менее важно исключение синдрома "бестолкового окна" и применение алгоритмов Джекобсона, Керна и Партриджа (эти интересные алгоритмы будут рассмотрены ниже).

Разработчики программного обеспечения могут получить существенные выгоды, создавая программы, исключающие ненужные пересылки небольших объемов данных и имеющие встроенные таймеры для освобождения сетевых ресурсов, не используемых в текущий момент.

10.13 Алгоритмы повышения производительности

Переходя к знакомству с достаточно сложной частью TCP, мы рассмотрим механизмы повышения производительности и решения проблем снижений пропускной способности. В этом разделе обсуждаются следующие проблемы:

■ Медленный старт (slow start) мешает использованию большой доли сетевого трафика для нового сеанса, что может привести к непроизводительным потерям.

■ Излечение от синдрома "бестолкового окна" (silly window syndrome) предохраняет плохо разработанные приложения от перегрузки сети сообщениями.