Компьютерные сети. 6-е изд.

6.8. Резюме

Транспортный уровень — это ключ к пониманию многоуровневых протоколов. Он предоставляет различные службы, важнейшей из которых является сквозной, надежный, требующий соединения поток байтов от отправителя к получателю. Доступ к нему осуществляется с помощью служебных примитивов: с их помощью можно устанавливать, использовать и разрывать соединения. Общепринятый интерфейс транспортного уровня обеспечивается сокетами Беркли.

Транспортные протоколы должны управлять соединением в ненадежных сетях. Установление соединения осложняется возможностью наличия дубликатов пакетов, которые могут появляться в самый неподходящий момент. Для борьбы с ними при установлении соединения применяется алгоритм «тройного рукопожатия». Разрыв соединения — более простой, но далеко не тривиальный процесс из-за проблемы «двух армий».

Даже если сетевой уровень абсолютно надежен, у транспортного уровня немало работы. Он должен обрабатывать все служебные примитивы, управлять соединениями и таймерами, распределять пропускную способность и осуществлять контроль перегрузки, а также использовать раздвижное окно переменного размера для управления потоком данных.

Контроль перегрузки должен справедливо распределять пропускную способность между конкурирующими потоками и отслеживать изменения в использовании сети. Закон управления AIMD позволяет получить эффективное и справедливое распределение.

Главными транспортными интернет-протоколами являются TCP и UDP. UDP — протокол без установления соединения. Он работает с IP-пакетами и обеспечивает мультиплексирование и демультиплексирование нескольких процессов с использованием единого IP-адреса. UDP может применяться при клиент-серверных взаимодействиях, например при удаленном вызове процедур (RPC). Кроме того, на его основе можно создавать протоколы реального времени (например, RTP).

TCP — наиболее распространенный интернет-протокол. Он обеспечивает надежный дуплексный поток байтов с контролем перегрузки. Для всех сегментов применяется 20-байтный заголовок. Оптимизации производительности TCP было уделено много внимания. Для этого в нем применяются алгоритмы Нейгла (Nagle), Кларка (Clark), Джейкобсона (Jacobson), Карна (Karn) и др.

Хотя UDP и TCP прекрасно справляются со своей задачей на протяжении многих лет, они оставляют большой простор для внесения улучшений с целью повышения производительности и решения проблем, порождаемых современными высокоскоростными сетями. Такими современными доработками, в частности, являются CUBIC TCP, QUIC и BBR.

Производительность сети обычно зависит от протокола и накладных расходов по обработке сегментов, а с увеличением скорости передачи данных ситуация ухудшается. Протоколы должны разрабатываться так, чтобы минимизировать число сегментов и оставаться работоспособными при больших значениях задержки передачи. Для гигабитных сетей лучше всего подходят простые протоколы и потоковая обработка.