TCP versus UDP: demystificatie van het debat over betrouwbaarheid versus efficiëntie

Vandaag beginnen we met TCP. Eerder in het hoofdstuk over gelaagdheid noemden we een belangrijk punt. Op de netwerklaag en daaronder gaat het meer om host-to-hostverbindingen, wat betekent dat je computer moet weten waar een andere computer zich bevindt om er verbinding mee te kunnen maken. Communicatie in een netwerk is echter vaak interprocescommunicatie in plaats van intermachinecommunicatie. Daarom introduceert het TCP-protocol het concept van een poort. Een poort kan door slechts één proces worden gebruikt, wat directe communicatie mogelijk maakt tussen applicatieprocessen die op verschillende hosts draaien.

De transportlaag is bedoeld om directe communicatiediensten te bieden tussen applicatieprocessen die op verschillende hosts draaien. Dit staat daarom ook wel bekend als een end-to-end protocol. De transportlaag verbergt de kerndetails van het netwerk, waardoor het applicatieproces kan zien dat er een logisch end-to-end communicatiekanaal is tussen de twee entiteiten op de transportlaag.

TCP staat voor Transmission Control Protocol en staat bekend als een verbindingsgericht protocol. Dit betekent dat voordat de ene applicatie gegevens naar de andere kan verzenden, de twee processen een handshake moeten uitvoeren. Een handshake is een logisch verbonden proces dat zorgt voor een betrouwbare gegevensoverdracht en een ordelijke ontvangst van gegevens. Tijdens de handshake wordt een verbinding tot stand gebracht tussen de bron- en de bestemmingshost door een reeks controlepakketten uit te wisselen en een aantal parameters en regels af te spreken om een ​​succesvolle gegevensoverdracht te garanderen.

Wat is TCP? (Mylinking'sNetwerktapEnNetwerkpakketmakelaarkan zowel TCP- als UDP-pakketten verwerken)
TCP (Transmission Control Protocol) is een verbindingsgericht, betrouwbaar, bytestreamgebaseerd transportlaagcommunicatieprotocol.

Verbindingsgericht:Verbindingsgeoriënteerd betekent dat TCP-communicatie één-op-één is, dat wil zeggen punt-tot-punt-end-to-end-communicatie, in tegenstelling tot UDP, dat berichten naar meerdere hosts tegelijk kan sturen, waardoor één-op-veel-communicatie niet kan worden bereikt.
Betrouwbaar:De betrouwbaarheid van TCP zorgt ervoor dat pakketten op betrouwbare wijze bij de ontvanger worden afgeleverd, ongeacht wijzigingen in de netwerkverbinding. Hierdoor is het protocolpakketformaat van TCP complexer dan dat van UDP.
Byte-stream-gebaseerd:Doordat TCP gebaseerd is op bytestreams kunnen berichten van elke grootte worden verzonden en wordt de volgorde van de berichten gegarandeerd: zelfs als het vorige bericht nog niet volledig is ontvangen en zelfs als de daaropvolgende bytes wel zijn ontvangen, zal TCP deze niet ter verwerking aan de applicatielaag afleveren en dubbele pakketten automatisch laten vallen.
Zodra host A en host B een verbinding tot stand hebben gebracht, hoeft de applicatie alleen nog maar de virtuele communicatielijn te gebruiken om gegevens te verzenden en te ontvangen, wat de gegevensoverdracht waarborgt. Het TCP-protocol is verantwoordelijk voor het regelen van taken zoals het tot stand brengen, verbreken en vasthouden van de verbinding. Hierbij moet worden opgemerkt dat de virtuele lijn hier alleen betekent dat er een verbinding tot stand wordt gebracht. De TCP-protocolverbinding geeft alleen aan dat beide partijen gegevens kunnen verzenden en de betrouwbaarheid van de gegevens kunnen garanderen. De routing- en transportknooppunten worden beheerd door de netwerkapparaten; het TCP-protocol zelf houdt zich hier niet mee bezig.

Een TCP-verbinding is een full-duplex service, wat betekent dat host A en host B gegevens in beide richtingen kunnen verzenden via een TCP-verbinding. Dat wil zeggen dat gegevens tussen host A en host B in een bidirectionele stroom kunnen worden overgedragen.

TCP slaat gegevens tijdelijk op in de verzendbuffer van de verbinding. Deze verzendbuffer is een van de caches die tijdens de three-way handshake wordt aangemaakt. Vervolgens verzendt TCP de gegevens in de verzendcache op het juiste moment naar de ontvangstcache van de bestemmingshost. In de praktijk heeft elke peer een verzendcache en een ontvangstcache, zoals hier weergegeven:

De verzendbuffer is een geheugengebied dat wordt beheerd door de TCP-implementatie aan de verzendzijde en dat wordt gebruikt om tijdelijk te verzenden gegevens op te slaan. Wanneer de three-way handshake wordt uitgevoerd om een ​​verbinding tot stand te brengen, wordt de verzendcache ingesteld en gebruikt om gegevens op te slaan. De verzendbuffer wordt dynamisch aangepast op basis van netwerkcongestie en feedback van de ontvanger.

Een ontvangstbuffer is een geheugengebied dat door de TCP-implementatie aan de ontvangende kant wordt beheerd en dat wordt gebruikt om ontvangen gegevens tijdelijk op te slaan. TCP slaat de ontvangen gegevens op in de ontvangstcache en wacht tot de bovenliggende applicatie deze leest.

Houd er rekening mee dat de grootte van de verzend- en ontvangstcache beperkt is. Wanneer de cache vol is, kan TCP bepaalde strategieën toepassen, zoals congestiecontrole, stroomcontrole, enz., om een ​​betrouwbare gegevensoverdracht en netwerkstabiliteit te garanderen.

In computernetwerken vindt gegevensoverdracht tussen hosts plaats via segmenten. Wat is een pakketsegment?

TCP creëert een TCP-segment, of pakketsegment, door de inkomende stroom in delen te splitsen en aan elk deel TCP-headers toe te voegen. Elk segment kan slechts een beperkte tijd worden verzonden en mag de maximale segmentgrootte (MSS) niet overschrijden. Onderweg passeert een pakketsegment de datalinklaag. De datalinklaag heeft een Maximum Transmission Unit (MTU), de maximale pakketgrootte die de datalinklaag kan passeren. De maximale transmissie-eenheid is meestal gerelateerd aan de communicatie-interface.

Wat is het verschil tussen MSS en MTU?

In computernetwerken is de hiërarchische architectuur erg belangrijk, omdat deze rekening houdt met de verschillen tussen de verschillende niveaus. Elke laag heeft een andere naam; in de transportlaag worden de gegevens een segment genoemd en in de netwerklaag een IP-pakket. De Maximum Transmission Unit (MTU) kan daarom worden beschouwd als de maximale IP-pakketgrootte die door de netwerklaag kan worden verzonden, terwijl de Maximum Segment Size (MSS) een transportlaagconcept is dat verwijst naar de maximale hoeveelheid gegevens die per TCP-pakket tegelijk kan worden verzonden.

Houd er rekening mee dat wanneer de maximale segmentgrootte (MSS) groter is dan de maximale transmissie-eenheid (MTU), IP-fragmentatie plaatsvindt op de netwerklaag en TCP de grotere data niet opsplitst in segmenten die geschikt zijn voor de MTU-grootte. Er is een sectie op de netwerklaag speciaal voor de IP-laag.