TCP против UDP: демистификация спора о надежности и эффективности

Сегодня мы начнем с рассмотрения TCP. Ранее в главе о слоях мы упомянули важный момент. На сетевом уровне и ниже речь идет больше о соединениях хост-хост, что означает, что ваш компьютер должен знать, где находится другой компьютер, чтобы подключиться к нему. Однако связь в сети часто является межпроцессной, а не межмашинной связью. Поэтому протокол TCP вводит понятие порта. Порт может быть занят только одним процессом, что обеспечивает прямую связь между процессами приложений, запущенными на разных хостах.

Задача транспортного уровня заключается в том, как обеспечить прямые коммуникационные сервисы между прикладными процессами, запущенными на разных хостах, поэтому он также известен как сквозной протокол. Транспортный уровень скрывает основные детали сети, позволяя прикладному процессу видеть, как будто между двумя сущностями транспортного уровня существует логический сквозной канал связи.

TCP означает Transmission Control Protocol и известен как протокол, ориентированный на соединение. Это означает, что перед тем, как одно приложение сможет начать отправлять данные другому, два процесса должны выполнить рукопожатие. Рукопожатие — это логически связанный процесс, который обеспечивает надежную передачу и упорядоченный прием данных. Во время рукопожатия устанавливается соединение между исходным и конечным хостами путем обмена серией контрольных пакетов и согласования некоторых параметров и правил для обеспечения успешной передачи данных.

Что такое TCP? (Mylinking'sСетевой краниСетевой брокер пакетовможет обрабатывать как TCP, так и UDP пакеты)
TCP (протокол управления передачей) — это ориентированный на соединение, надежный протокол связи транспортного уровня на основе потока байтов.

Ориентированный на соединение: Ориентация на соединение означает, что TCP-связь является связью «один к одному», то есть сквозной связью «точка-точка», в отличие от UDP, который может отправлять сообщения нескольким хостам одновременно, поэтому связь «один ко многим» не может быть реализована.
Надежный: Надежность TCP гарантирует надежную доставку пакетов получателю независимо от изменений в сетевом соединении, что делает формат пакета протокола TCP более сложным, чем у UDP.
На основе потока байтов: Потоковая природа TCP позволяет передавать сообщения любого размера и гарантирует порядок сообщений: даже если предыдущее сообщение не было получено полностью, и даже если последующие байты были получены, TCP не будет передавать их на прикладной уровень для обработки и автоматически отбрасывать дублирующиеся пакеты.
После того, как хост A и хост B установили соединение, приложению нужно использовать только виртуальную линию связи для отправки и получения данных, тем самым обеспечивая передачу данных. Протокол TCP отвечает за управление такими задачами, как установление соединения, отключение и удержание. Следует отметить, что здесь мы говорим, что виртуальная линия означает только установление соединения, соединение по протоколу TCP только указывает на то, что две стороны могут начать передачу данных, и обеспечивает надежность данных. Узлы маршрутизации и транспортировки обрабатываются сетевыми устройствами; сам протокол TCP не касается этих деталей.

TCP-соединение — это полнодуплексная служба, что означает, что хост A и хост B могут передавать данные в обоих направлениях в TCP-соединении. То есть данные могут передаваться между хостом A и хостом B в двунаправленном потоке.

TCP временно сохраняет данные в буфере отправки соединения. Этот буфер отправки является одним из кэшей, установленных во время трехстороннего рукопожатия. Впоследствии TCP отправит данные из кэша отправки в кэш получения хоста назначения в соответствующее время. На практике каждый одноранговый узел будет иметь кэш отправки и кэш получения, как показано здесь:

Буфер отправки — это область памяти, поддерживаемая реализацией TCP на стороне отправителя, которая используется для временного хранения данных для отправки. Когда выполняется трехстороннее рукопожатие для установления соединения, кэш отправки настраивается и используется для хранения данных. Буфер отправки динамически настраивается в соответствии с загруженностью сети и обратной связью от получателя.

Буфер приема — это область памяти, поддерживаемая реализацией TCP на принимающей стороне, которая используется для временного хранения полученных данных. TCP сохраняет полученные данные в кэше приема и ждет, пока верхнее приложение их прочитает.

Обратите внимание, что размер кэша отправки и кэша приема ограничен. Когда кэш заполнен, TCP может применять некоторые стратегии, такие как управление перегрузкой, управление потоком и т. д., чтобы обеспечить надежную передачу данных и стабильность сети.

В компьютерных сетях передача данных между хостами осуществляется с помощью сегментов. Так что же такое сегмент пакета?

TCP создает сегмент TCP или сегмент пакета, разделяя входящий поток на фрагменты и добавляя заголовки TCP к каждому фрагменту. Каждый сегмент может передаваться только в течение ограниченного времени и не может превышать максимальный размер сегмента (MSS). На своем пути вниз сегмент пакета проходит через канальный уровень. Канальный уровень имеет максимальный блок передачи (MTU), который является максимальным размером пакета, который может пройти через канальный уровень. Максимальный блок передачи обычно связан с интерфейсом связи.

Так в чем же разница между MSS и MTU?

В компьютерных сетях иерархическая архитектура очень важна, поскольку она учитывает различия между разными уровнями. Каждый уровень имеет свое название; на транспортном уровне данные называются сегментом, а на сетевом уровне данные называются IP-пакетом. Таким образом, максимальный блок передачи (MTU) можно рассматривать как максимальный размер IP-пакета, который может быть передан сетевым уровнем, в то время как максимальный размер сегмента (MSS) — это концепция транспортного уровня, которая относится к максимальному объему данных, которые могут быть переданы TCP-пакетом за один раз.

Обратите внимание, что когда максимальный размер сегмента (MSS) больше максимального размера передаваемого блока (MTU), фрагментация IP будет выполняться на сетевом уровне, и TCP не будет разбивать большие данные на сегменты, подходящие для размера MTU. На сетевом уровне будет раздел, посвященный уровню IP.