Компьютерные сети. 6-е изд. - Эндрю Таненбаум

момент времени определенные порядковые номера сегментов являются недействительными. При отправке сегмента с порядковым номером из этой зоны он может задержаться и сыграть роль другого пакета с таким же номером, который будет отправлен позже. К примеру, если хост выходит из строя и возобновляет работу в момент времени 70 с, он будет использовать начальные порядковые номера на основе генератора импульсов; хост не начинает отсчет с наименьшего порядкового номера в запретной зоне.

Как только обе транспортные подсистемы договариваются о начальном порядковом номере, для управления потоком данных может применяться любой протокол раздвижного окна. Такой протокол безошибочно найдет и удалит дубликаты пакетов, когда они уже будут приняты. В действительности график порядковых номеров (показанный жирной линией) не прямой, а ступенчатый, так как тактовые импульсы генерируются дискретно. Впрочем, для простоты мы проигнорируем эту деталь.

Чтобы порядковые номера пакетов не попадали в запретную зону, необходимо учесть следующее. Проблемы могут возникнуть по двум причинам. Если хост отправляет слишком быстро и слишком много данных, кривая используемых в действительности порядковых номеров может оказаться круче линии зависимости начальных номеров от времени. В результате порядковый номер попадет в запретную зону. Чтобы этого не произошло, скорость передачи данных в каждом открытом соединении должна быть ограничена одним сегментом за единицу времени. Кроме того, после восстановления транспортная подсистема не должна открывать новое соединение до появления нового тактового импульса, чтобы один и тот же номер не использовался дважды. Следовательно, интервал импульсов должен быть коротким (1 мкс или меньше). При этом генератор не должен работать слишком быстро (относительно порядковых номеров). Если частота импульсов равна C, а размер пространства порядковых номеров равен S, условие S/C > T является обязательным, чтобы номера не сделали полный круг слишком быстро.

Илл. 6.10. (а) Сегменты не могут заходить в запретную зону. (б) Проблема ресинхронизации

В запретную зону можно попасть не только снизу, передавая данные слишком быстро. Как видно из илл. 6.10 (б), при любой скорости передачи ниже скорости генератора импульсов кривая фактически используемых порядковых номеров попадет в запретную зону слева, когда порядковые номера пройдут по кругу. Чем круче наклон этой кривой, тем дольше придется ждать этого события. Чтобы избежать такой ситуации, можно ограничить скорость продвижения порядковых номеров (или время жизни соединения).

Метод, основанный на генераторе импульсов истинного времени, решает проблему распознавания опаздывающих дубликатов сегментов и новых сегментов. Однако использовать его для установления соединения может быть проблематично. Поскольку обычно получатель не помнит порядковые номера разных соединений, он не может узнать, является ли сегмент CONNECTION REQUEST, содержащий какой-либо начальный порядковый номер, дубликатом одного из предыдущих соединений. Во время соединения такой проблемы не возникает, поскольку протокол раздвижного окна знает текущий порядковый номер.

Решение: «тройное рукопожатие»

Для разрешения этой специфической проблемы Томлинсон (1975) предложил «тройное рукопожатие» (three-way handshake). Этот протокол установления соединения предполагает, что одна из сторон проверяет, является ли соединение все еще действующим. Нормальная процедура установления соединения показана на илл. 6.11 (а). Хост 1 выбирает порядковый номер x и отправляет сегмент CONNECTION REQUEST, содержащий этот номер, хосту 2. Хост 2 отвечает сегментом ACK, подтверждая x и объявляя свой начальный порядковый номер y. Наконец, хост 1 подтверждает выбранный хостом 2 номер в первом отправленном им информационном сегменте.

Теперь рассмотрим работу «тройного рукопожатия» при задержке дубликата управляющего сегмента. На илл. 6.11 (б) первый сегмент представляет собой задержавшийся дубликат CONNECTION REQUEST от старого соединения. Этот сегмент приходит на хост 2; хост 1 об этом не знает. Хост 2 реагирует на это отправкой хосту 1 сегмента ACK, таким образом запрашивая подтверждение того, что хост 1 действительно пытался установить новое соединение. Когда хост 1 отказывается это сделать (REJECT), хост 2 понимает, что он был обманут задержавшимся дубликатом, и прерывает соединение. В результате дубликат не причиняет вреда.

При наихудшем сценарии оба сегмента — CONNECTION REQUEST и ACK — блуждают по подсети. Этот случай показан на илл. 6.11 (в). Как и в предыдущем примере, хост 2 получает задержавшийся сегмент CONNECTION REQUEST и отвечает на него. Здесь нужно учитывать, что хост 2 предложил использовать y в качестве начального порядкового номера для трафика от хоста 2 к хосту 1, хорошо зная, что сегментов, содержащих порядковый номер y, или их подтверждений в данный момент в сети нет. Когда хост 2 получает второй задержавшийся сегмент, он понимает, что это дубликат, так как в этом модуле подтверждается не y, а z. Важно понимать, что не существует такой комбинации сегментов, которая заставила бы протокол ошибиться и случайно установить соединение, когда оно никому не нужно.

Илл. 6.11. Три сценария установления соединения с помощью «тройного рукопожатия» (CR означает CONNECTION REQUEST). (а) Нормальная работа. (б) Появление старого дубликата CR. (в) Дубликат CR и дубликат ACK

TCP всегда использует «тройное рукопожатие» для установления соединения. Внутри соединения к 32-битному порядковому номеру добавляется метка времени, чтобы он не мог использоваться повторно в течение максимального времени жизни пакета, даже если скорость соединения составляет несколько гигабитов в секунду. Этот механизм был добавлен в TCP для решения проблем, возникающих при использовании быстрых линий. Он описан в RFC 1323 и называется защитой от повторного использования порядковых номеров (Protection Against Wrapped Sequence numbers, PAWS). До появления PAWS при наличии нескольких соединений с начальными порядковыми номерами TCP применял метод генератора импульсов (см. выше). Однако этот метод оказался неэффективным с точки зрения безопасности. Злоумышленники могли легко угадать следующий начальный порядковый номер и инициировать ложное соединение, обманув схему «тройного рукопожатия». Поэтому на практике используются псевдослучайные начальные порядковые номера. Однако необходимо, чтобы эти номера, со стороны кажущиеся абсолютно случайными, не повторялись в течение определенного промежутка времени. Иначе задержавшиеся дубликаты могут вызвать серьезные неполадки в сети.

6.2.3. Разрыв соединения

Разорвать соединение проще, чем установить. Но здесь также имеются под­водные камни. Как уже было сказано, 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 отдельное завершение каждого соединения.

Асимметричный разрыв связи является внезапным и может привести к потере данных. Рассмотрим сценарий на илл. 6.12. После установления соединения хост 1 отправляет сегмент, который успешно достигает хоста 2. Затем хост 1 передает другой сегмент. К несчастью, хост 2 отправляет DISCONNECTION REQUEST прежде, чем приходит