Эндрю Уэзеролл - Компьютерные сети. 5-е издание

Хотя для перехода в состояние ESTABLISHED требуется передача последовательности специальных сегментов, но, как только это состояние достигнуто, обработка сегментов не вызывает затруднений, пока одна из сторон не начнет закрывать соединение. Начнем с рассмотрения посылающей стороны, находящейся в состоянии ESTABLISHED , когда должны отправляться данные. Для простоты мы предположим, что транспортная подсистема расположена в ядре, хотя те же самые идеи применимы и в случае, когда она представляет собой процесс, находящийся в пространстве пользователя, или набор библиотечных процедур в посылающем процессе. На рис. 6.45 отправляющий процесс эмулирует прерывание, выполняя базовую операцию SEND, и передает управление ядру. Прежде всего, транспортная подсистема проверяет, находится ли она в нормальном состоянии, то есть таком, когда установлено состояние ESTABLISHED , ни одна сторона не пытается закрыть соединение, посылается стандартный полный сегмент (без флага URGENT ) и у получателя достаточный размер окна. Если все эти условия выполнены, то никаких дополнительных проверок не требуется, и алгоритм транспортной подсистемы может выбрать быстрый путь. В большинстве случаев именно так и происходит.

В нормальной ситуации заголовки соседних сегментов почти одинаковы. Чтобы использовать этот факт, транспортная подсистема сохраняет в своем буфере прототип заголовка. В начале быстрого пути он как можно быстрее, пословно, копируется в буфер нового заголовка. Затем поверх перезаписываются все отличающиеся поля. Часто эти поля легко выводятся из переменных состояния — например, следующий порядковый номер сегмента. Затем указатель на заполненный заголовок сегмента и указатель на данные пользователя передаются сетевому уровню. Здесь может быть применена та же стратегия (на рис. 6.45 это не показано). Наконец, сетевой уровень передает полученный в результате пакет канальному уровню для отправки.

Рис. 6.45. Быстрый путь от отправителя до получателя показан жирной линией. Шаги обработки вдоль этого пути показаны затененными прямоугольниками

Чтобы увидеть, как работает этот принцип на практике, рассмотрим случай TCP/ IP. На рис. 6.46, а изображен TCP-заголовок. Поля, одинаковые для заголовков последующих сегментов в однонаправленном потоке, затенены. Все, что нужно сделать передающей транспортной подсистеме, это скопировать пять слов заголовка-прототипа в выходной буфер, заполнить поле порядкового номера (скопировав одно слово), сосчитать контрольную сумму и увеличить на единицу значение переменной, хранящей текущий порядковый номер. Затем она может передать заголовок и данные специальной IP-процедуре, предназначенной для отправки стандартного, максимального сегмента. Затем IP-процедура копирует свой заголовок-прототип из пяти слов (рис. 6.46, б) в буфер, заполняет поле Идентификатор и вычисляет контрольную сумму заголовка. Теперь пакет готов к передаче.

Рассмотрим теперь быстрый путь обработки пакета получающей стороной на рис. 6.45. Первый шаг состоит в нахождении для пришедшего сегмента записи соединения. В протоколе TCP запись соединения может храниться в хэш-таблице, ключом к которой является какая-нибудь простая функция двух IP-адресов и двух портов. После обнаружения записи соединения следует проверить адреса и номера портов, чтобы убедиться, что найдена верная запись.

Процесс поиска нужной записи можно дополнительно ускорить, если установить указатель на последнюю использовавшуюся запись и сначала проверить ее. Кларк с соавторами книги, вышедшей в 1989 году, исследовал этот вопрос и пришел к выводу, что в этом случае доля успешных обращений превысит 90 %.

Рис. 6.46. TCP-заголовок (а); IP-заголовок (б). В обоих случаях затененные поля взяты

у прототипа без изменений

Затем сегмент проверяется на адекватность: соединение в состоянии ESTABLISHED, ни одна сторона не пытается его разорвать, сегмент является полным, специальные флаги не установлены, и порядковый номер соответствует ожидающемуся. Программа, выполняющая всю эту проверку, состоит из довольно значительного количества инструкций. Если все эти условия удовлетворяются, вызывается специальная процедура быстрого пути TCP-уровня.