TCP kontra UDP: Demistyfikacja debaty na temat niezawodności kontra wydajności

Dzisiaj zaczniemy od skupienia się na protokole TCP. Wcześniej w rozdziale o warstwowaniu wspomnieliśmy o ważnym punkcie. Na poziomie sieci i niżej chodzi bardziej o połączenia host-host, co oznacza, że ​​komputer musi wiedzieć, gdzie znajduje się inny komputer, aby się z nim połączyć. Jednak komunikacja w sieci jest często komunikacją międzyprocesową, a nie międzymaszynową. Dlatego protokół TCP wprowadza koncepcję portu. Port może być zajęty tylko przez jeden proces, co zapewnia bezpośrednią komunikację między procesami aplikacji działającymi na różnych hostach.

Zadaniem warstwy transportowej jest zapewnienie bezpośrednich usług komunikacyjnych między procesami aplikacji działającymi na różnych hostach, dlatego jest ona również znana jako protokół typu end-to-end. Warstwa transportowa ukrywa podstawowe szczegóły sieci, umożliwiając procesowi aplikacji widzenie, jakby istniał logiczny kanał komunikacyjny typu end-to-end między dwoma podmiotami warstwy transportowej.

TCP to skrót od Transmission Control Protocol i jest znany jako protokół zorientowany na połączenie. Oznacza to, że zanim jedna aplikacja będzie mogła rozpocząć wysyłanie danych do drugiej, oba procesy muszą wykonać uzgadnianie. Uzgadnianie to logicznie połączony proces, który zapewnia niezawodną transmisję i uporządkowany odbiór danych. Podczas uzgadniania nawiązywane jest połączenie między hostem źródłowym i docelowym poprzez wymianę serii pakietów kontrolnych i uzgodnienie niektórych parametrów i reguł w celu zapewnienia pomyślnej transmisji danych.

Czym jest TCP? (Moje linkiDotknij sieciIBroker pakietów sieciowychmógł przetwarzać pakiety TCP i UDP)
TCP (Transmission Control Protocol) to zorientowany na połączenie, niezawodny, oparty na strumieniu bajtów protokół komunikacyjny warstwy transportowej.

Zorientowany na połączenie:Zorientowany na połączenie oznacza, że ​​komunikacja TCP jest komunikacją typu jeden do jednego, czyli komunikacją typu punkt-punkt-koniec-koniec, w przeciwieństwie do protokołu UDP, który może wysyłać wiadomości do wielu hostów jednocześnie, więc nie jest możliwa komunikacja typu jeden do wielu.
Niezawodny:Niezawodność protokołu TCP zapewnia, że ​​pakiety są dostarczane do odbiorcy w sposób niezawodny, niezależnie od zmian w łączu sieciowym, co sprawia, że ​​format pakietu protokołu TCP jest bardziej złożony niż UDP.
Oparty na strumieniu bajtów:Oparty na strumieniu bajtów charakter protokołu TCP pozwala na transmisję wiadomości o dowolnym rozmiarze i gwarantuje kolejność wiadomości: nawet jeśli poprzednia wiadomość nie została w całości odebrana, a kolejne bajty zostały odebrane, protokół TCP nie przekaże ich do warstwy aplikacji w celu przetworzenia i automatycznie odrzuci zduplikowane pakiety.
Gdy host A i host B nawiążą połączenie, aplikacja musi jedynie użyć wirtualnej linii komunikacyjnej do wysyłania i odbierania danych, zapewniając w ten sposób transmisję danych. Protokół TCP jest odpowiedzialny za kontrolowanie zadań, takich jak nawiązywanie połączenia, rozłączanie i utrzymywanie. Należy zauważyć, że tutaj mówimy, że wirtualna linia oznacza jedynie nawiązywanie połączenia, połączenie protokołu TCP oznacza jedynie, że obie strony mogą rozpocząć transmisję danych i zapewnić niezawodność danych. Węzły routingu i transportu są obsługiwane przez urządzenia sieciowe; sam protokół TCP nie jest zainteresowany tymi szczegółami.

Połączenie TCP jest usługą full-duplex, co oznacza, że ​​host A i host B mogą przesyłać dane w obu kierunkach w połączeniu TCP. Oznacza to, że dane mogą być przesyłane między hostem A i hostem B w przepływie dwukierunkowym.

TCP tymczasowo przechowuje dane w buforze wysyłania połączenia. Ten bufor wysyłania jest jedną z pamięci podręcznych skonfigurowanych podczas trzyetapowego uzgadniania. Następnie TCP wyśle ​​dane z pamięci podręcznej wysyłania do pamięci podręcznej odbioru hosta docelowego w odpowiednim czasie. W praktyce każdy peer będzie miał pamięć podręczną wysyłania i pamięć podręczną odbioru, jak pokazano tutaj:

Bufor wysyłania to obszar pamięci utrzymywany przez implementację TCP po stronie nadawcy, który jest używany do tymczasowego przechowywania danych do wysłania. Gdy przeprowadzane jest trzyetapowe uzgadnianie w celu nawiązania połączenia, pamięć podręczna wysyłania jest konfigurowana i używana do przechowywania danych. Bufor wysyłania jest dynamicznie dostosowywany zgodnie z przeciążeniem sieci i sprzężeniem zwrotnym od odbiorcy.

Bufor odbiorczy to obszar pamięci utrzymywany przez implementację TCP po stronie odbiorczej, który jest używany do tymczasowego przechowywania odebranych danych. TCP przechowuje odebrane dane w pamięci podręcznej odbiorczej i czeka, aż aplikacja nadrzędna je odczyta.

Należy pamiętać, że rozmiar pamięci podręcznej wysyłania i odbioru jest ograniczony. Gdy pamięć podręczna jest pełna, protokół TCP może przyjąć pewne strategie, takie jak kontrola przeciążenia, kontrola przepływu itp., aby zapewnić niezawodną transmisję danych i stabilność sieci.

W sieciach komputerowych transmisja danych między hostami odbywa się za pomocą segmentów. Czym więc jest segment pakietu?

TCP tworzy segment TCP lub segment pakietu, dzieląc strumień przychodzący na fragmenty i dodając nagłówki TCP do każdego fragmentu. Każdy segment może być przesyłany tylko przez ograniczony czas i nie może przekroczyć maksymalnego rozmiaru segmentu (MSS). Podczas przesyłania w dół segment pakietu przechodzi przez warstwę łącza. Warstwa łącza ma maksymalną jednostkę transmisji (MTU), która jest maksymalnym rozmiarem pakietu, jaki może przejść przez warstwę łącza danych. Maksymalna jednostka transmisji jest zwykle związana z interfejsem komunikacyjnym.

Jaka jest więc różnica pomiędzy MSS i MTU?

W sieciach komputerowych architektura hierarchiczna jest bardzo ważna, ponieważ uwzględnia różnice między różnymi poziomami. Każda warstwa ma inną nazwę; w warstwie transportowej dane nazywane są segmentem, a w warstwie sieciowej dane nazywane są pakietem IP. Dlatego też Maksymalna Jednostka Transmisji (MTU) może być rozumiana jako Maksymalny Rozmiar Pakietu IP, który może być przesłany przez warstwę sieciową, podczas gdy Maksymalny Rozmiar Segmentu (MSS) jest koncepcją warstwy transportowej, która odnosi się do maksymalnej ilości danych, które mogą być przesłane przez pakiet TCP w danym momencie.

Należy pamiętać, że gdy maksymalny rozmiar segmentu (MSS) jest większy niż maksymalna jednostka transmisji (MTU), fragmentacja IP zostanie przeprowadzona na warstwie sieciowej, a TCP nie podzieli większych danych na segmenty odpowiednie dla rozmiaru MTU. W warstwie sieciowej będzie sekcja poświęcona warstwie IP.