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

• Название: TCP/IP Архитектура, протоколы, реализация (включая IP версии 6 и IP Security)
• Автор: Сидни Фейт
• Издательство: Лори
• Жанр: Программное обеспечение
• Год: 2000
• ISBN: 5-85582-072-6

 Второе издание популярного справочника полностью переработано и расширено с целью предоставить читателю наиболее полное описание средств разработки, конфигурирования, использования и обслуживания сетей TCP/IP и соответствующих служб.

Книга написана увлекательно и доступно. Она содержит дополнительные материалы о нескольких протоколах Интернета, используемых серверами и браузерами WWW, а также рассматривает все последние изменения в этой области. В книгу включены главы о новом стандарте безопасности IP и протоколе IP следующего поколения, известном как IPng или IPv6. Рисунки и таблицы наглядно показывают влияние средств безопасности IP и IPng на существующие сетевые среды.

Издание содержит следующие дополнительные разделы:

• Безопасность IP и IPv6

• Описание средств WWW, новостей Интернета и приложений для работы с gopher

• Подробное описание серверов имен доменов (DNS), маски подсети и бесклассовой маршрутизации в Интернете

• Таблицы и протоколы маршрутизации

• Руководство по реализации средств безопасности для каждого из протоколов и приложений

• Примеры диалогов с новыми графическими инструментами

Новое издание бестселлера по TCP/IP станет незаменимым помощником для разработчиков сетей и приложений, для сетевых администраторов и конечных пользователей.

---

С целью исключения задержек при пересылке потока полноразмерных сегментов (например, при обмене файлами), ACK должен отсылаться, по крайней мере, для каждого второго полного сегмента.

Многие реализации используют тайм-аут в 200 мс. Но задержанный ACK не снижает скорость обмена. При поступлении короткого сегмента во входном буфере остается еще достаточно свободного места для получения новых данных, а отправитель может продолжить пересылку (кроме того, повторная пересылка обычно выполняется гораздо медленнее). Если же поступает целый сегмент, нужно в ту же секунду ответить на него сообщением ACK.

10.13.5 Тайм-аут повторной пересылки

После отправки сегмента TCP устанавливает таймер и отслеживает поступление ACK. Если ACK не получен в течение периода тайм-аута, TCP выполняет повторную пересылку сегмента (ретрансляцию). Однако каким должен быть период тайм-аута?

Если он слишком короткий, отправитель заполнит сеть пересылкой ненужных сегментов, дублирующих уже отправленную информацию. Слишком же большой тайм-аут будет препятствовать быстрому исправлению действительно разрушенных при пересылке сегментов, что снизит пропускную способность.

Как выбрать правильный промежуток для тайм-аута? Значение, пригодное для высокоскоростной локальной сети, не подойдет для удаленного соединения со множеством попаданий. Значит, принцип "одно значение для любых условий" явно непригоден. Более того, даже для существующего конкретного соединения могут измениться сетевые условия, а задержки — увеличиться или снизиться.

Алгоритмы Джекобсона, Керна и Партриджа (описанные в статьях Congestion Avoidance and Control, Van Jacobson, и Improving Round-Trip Time Estimates in Reliable Transport Protocols, Karn и Partridge) позволяют адаптировать TCP к изменению сетевых условий. Эти алгоритмы рекомендованы к использованию в новых реализациях. Мы кратко рассмотрим их ниже.

Здравый смысл подсказывает, что наилучшей основой оценки правильного времени тайм-аута для конкретного соединения может быть отслеживание времени цикла (round-trip time) как промежутка между отправкой данных и получением подтверждения об их приеме.

Хорошие решения для следующих величин можно получить на основе элементарных статистических сведений (см. рис. 10.19), которые помогут вычислить время тайм-аута. Однако не нужно полагаться на усредненные величины, поскольку более половины оценок будет больше, чем среднестатистическая величина. Рассмотрев пару отклонений, можно получить более правильные оценки, учитывающие нормальное распределение и снижающие слишком долгое время ожидания повторной пересылки.

Рис. 10.19. Распределение значений времени цикла

Нет необходимости в большом объеме вычислений для получения формальных математических оценок отклонений. Можно использовать достаточно грубые оценки на основе абсолютной величины разницы между последним значением и среднестатистической оценкой:

Последнее отклонение = | Последний цикл - Средняя величина |

Для вычисления правильного значения тайм-аута нужно учитывать еще один фактор — изменение времени цикла из-за текущих сетевых условий. Происходившее в сети в последнюю минуту более важно, чем то, что было час назад.

Предположим, что вычисляется среднее значение цикла для очень длинного по времени сеанса. Пусть вначале сеть была мало загружена, и мы определили 1000 небольших значений, однако далее произошло увеличение трафика с существенным увеличением времени задержки.

Например, если 1000 значений дали среднестатистическую величину в 170 единиц, но далее были замерены 50 значений со средним в 282, то текущее среднее будет:

170×1000/1050 + 282×50/1050 = 175

Более резонной будет величина сглаженного времени цикла (Smoothed Round-Trip Time — SRTT), которая учитывает приоритет более поздних значений:

Новое SRTT = (1 – α)×(старое SRTT) + α×Последнее значение цикла

Значение α находится между 0 и 1. Увеличение а приводит к большему влиянию текущего времени цикла на сглаженное среднее значение. Поскольку компьютеры быстро могут выполнять деление на степени числа 2, сдвигая двоичные числа направо, для α всегда выбирается значение (1/2)n (обычно 1/8), поэтому:

Новое SRTT = 7/8×старое SRTT + 1/8×Последнее время цикла

В таблице 10.2 показано, как формула для SRTT подстраивается под текущее значение SRTT в 230 единиц, когда изменение в сетевых условиях приводит к последовательному увеличению времени цикла (при условии, что не наступает тайм-аут). Значения в столбце 3 используются как значения столбца 1 для следующей строки таблицы (т.е. как старое SRTT).

Таблица 10.2 Вычисление сглаженного времени цикла

Старое SRTT Самое последнее RTT (7/8)×(старое SRTT) + (1/8)×(RTT) 230.00 294 238.00 238.00 264 241.25 241.25 340 253.59 253.59 246 252.64 252.64 201 246.19 246.19 340 257.92 257.92 272 259.68 259.68 311 266.10 266.10 282 268.09 268.09 246 265.33 265.33 304 270.16 270.16 308 274.89 274.89 230 269.28 269.28 328 276.62 276.62 266 275.29 275.29 257 273.00 273.00 305 277.00

Теперь возникает вопрос о выборе значения для тайм-аута повторной пересылки. Анализ величин времени цикла показывает существенное отклонение этих значений от текущей средней величины. Имеет смысл установить границу для величины отклонений (девиаций). Хорошие величины для тайм-аута повторной пересылки (в стандартах RFC эту величину именуют Retransmission TimeOut — RTO) дает следующая формула с ограничением сглаженного отклонения (SDEV):

Т = Тайм-аут повторной пересылки = SRTT + 2×SDEV

Именно эта формула рекомендована в RFC 1122. Однако некоторые реализации используют другую:

Т = SRTT + 4×SDEV

Для вычисления SDEV сначала определяют абсолютное значение текущего отклонения:

DEV = | Последнее время цикла – старое SRTT |

Затем используют формулу сглаживания, чтобы учесть последнее значение:

Новое SDEV = 3/4×старое SDEV + 1/4×DEV

Остается один вопрос — какие взять начальные значения? Рекомендуется:

Начальный тайм-аут = 3 с

Начальный SRTT = 0

Начальный SDEV = 1,5 с

Ван Джекобсон определил быстрый алгоритм, который очень эффективно вычисляет тайм-аут повторной пересылки данных.

10.13.6 Пример статистики

Насколько успешно будет работать вычисленный выше тайм-аут? При реализации полученного значения наблюдались значительные повышения производительности. Примером могут служить статистические данные команды netstat, полученные на системе tigger — сервере Интернета, к которому обращается множество хостов со всего мира.

tcp:

1301644 packets sent

 879137 data packets (226966295 bytes)

 21815 data packets (8100927 bytes) retransmitted

2012869 packets received

 762469 acks (for 226904227 bytes)

 35803 duplicate acks

 0 acks for unsent data

 1510769 packets (314955304 bytes) received in-sequence

 9006 completely duplicate packets (867042 bytes)

 74 packets with some dup. data (12193 bytes duped)

 13452 out-of-order packets (2515087 bytes)

Системой tigger были повторно переданы менее чем 2,5% сегментов данных TCP. Для полутора миллионов входящих сегментов данных (остальные являются чистыми сообщениями ACK) дублированы были только 0,6%. При этом следует учитывать, что уровень потерь во входных данных примерно соответствует уровню для выходных сегментов. Таким образом, бесполезный трафик повторной пересылки составляет около 0,6% от общего трафика.