Внедряя приложение для настольных систем, нельзя ожидать, что оно сразу станет играть важную роль в какой-то отрасли. Об этом свидетельствует и опыт разработки QuarkXPress двумя группами специалистов, начиная с версии 1.0 еще в 1987 году.Это приложение создавалось в надежде на то, что оно понравится пользователям, ибо разработчикам не хотелось их разочаровать.В настоящее время почти каждое печатное издание готовят к выпуску при помощи QuarkXPress: от газеты, которую читатель достает каждое утро из своего почтового ящика, до меню ужина в его любимом ресторане. В большинстве издательских компаний благодаря QuarkXPress работа ведется гораздо эффективнее и быстрее, ведь по своим возможностям она намного превосходит устаревшие, дорогостоящие специализированные системы, применявшиеся когда-то для набора текста и оформления печатных изданий. С QuarkXPress возможность выпускать роскошные издания при относительно небольших затратах получают не только крупные и самые лучшие, но и небольшие издательства и даже отдельные пользователи. В этом и состоит элитарность и в то же время демократизм QuarkXPress.

Средой передачи информации называются те линии связи (или каналы связи), по которым производится обмен информацией между компьютерами. В подавляющем большинстве компьютерных сетей (особенно локальных) используются проводные или кабельные каналы связи, хотя существуют и беспроводные сети, которые сейчас находят все более широкое применение, особенно в портативных компьютерах.

Информация в локальных сетях чаще всего передается в последовательном коде, то есть бит за битом. Такая передача медленнее и сложнее, чем при использовании параллельного кода. Однако надо учитывать то, что при более быстрой параллельной передаче (по нескольким кабелям одновременно) увеличивается количество соединительных кабелей в число раз, равное количеству разрядов параллельного кода (например, в 8 раз при 8-разрядном коде). Это совсем не мелочь, как может показаться на первый взгляд. При значительных расстояниях между абонентами сети стоимость кабеля вполне сравнима со стоимостью компьютеров и даже может превосходить ее. К тому же проложить один кабель (реже два разнонаправленных) гораздо проще, чем 8, 16 или 32. Значительно дешевле обойдется также поиск повреждений и ремонт кабеля.

Но это еще не все. Передача на большие расстояния при любом типе кабеля требует сложной передающей и приемной аппаратуры, так как при этом необходимо формировать мощный сигнал на передающем конце и детектировать слабый сигнал на приемном конце. При последовательной передаче для этого требуется всего один передатчик и один приемник. При параллельной же количество требуемых передатчиков и приемников возрастает пропорционально разрядности используемого параллельного кода. В связи с этим, даже если разрабатывается сеть незначительной длины (порядка десятка метров) чаще всего выбирают последовательную передачу.

К тому же при параллельной передаче чрезвычайно важно, чтобы длины отдельных кабелей были точно равны друг другу. Иначе в результате прохождения по кабелям разной длины между сигналами на приемном конце образуется временной сдвиг, который может привести к сбоям в работе или даже к полной неработоспособности сети. Например, при скорости передачи 100 Мбит/с и длительности бита 10 нс этот временной сдвиг не должен превышать 5—10 нс. Такую величину сдвига дает разница в длинах кабелей в 1—2 метра. При длине кабеля 1000 метров это составляет 0,1—0,2%.

Надо отметить, что в некоторых высокоскоростных локальных сетях все-таки используют параллельную передачу по 2—4 кабелям, что позволяет при заданной скорости передачи применять более дешевые кабели с меньшей полосой пропускания. Но допустимая длина кабелей при этом не превышает сотни метров. Примером может служить сегмент 100BASE-T4 сети Fast Ethernet.

Промышленностью выпускается огромное количество типов кабелей, например, только одна крупнейшая кабельная компания Belden предлагает более 2000 их наименований. Но все кабели можно разделить на три большие группы:

* электрические (медные) кабели на основе витых пар проводов (twisted pair), которые делятся на экранированные (shielded twisted pair, STP) и неэкранированные (unshielded twisted pair, UTP);
* электрические (медные) коаксиальные кабели (coaxial cable);
* оптоволоконные кабели (fiber optic).

Каждый тип кабеля имеет свои преимущества и недостатки, так что при выборе надо учитывать как особенности решаемой задачи, так и особенности конкретной сети, в том числе и используемую топологию.

Можно выделить следующие основные параметры кабелей, принципиально важные для использования в локальных сетях:

* Полоса пропускания кабеля (частотный диапазон сигналов, пропускаемых кабелем) и затухание сигнала в кабеле. Два этих параметра тесно связаны между собой, так как с ростом частоты сигнала растет затухание сигнала. Надо выбирать кабель, который на заданной частоте сигнала имеет приемлемое затухание. Или же надо выбирать частоту сигнала, на которой затухание еще приемлемо. Затухание измеряется в децибелах и пропорционально длине кабеля.
* Помехозащищенность кабеля и обеспечиваемая им секретность передачи информации. Эти два взаимосвязанных параметра показывают, как кабель взаимодействует с окружающей средой, то есть, как он реагирует на внешние помехи, и насколько просто прослушать информацию, передаваемую по кабелю.
* Скорость распространения сигнала по кабелю или, обратный параметр – задержка сигнала на метр длины кабеля. Этот параметр имеет принципиальное значение при выборе длины сети. Типичные величины скорости распространения сигнала – от 0,6 до 0,8 от скорости распространения света в вакууме. Соответственно типичные величины задержек – от 4 до 5 нс/м.
* Для электрических кабелей очень важна величина волнового сопротивления кабеля. Волновое сопротивление важно учитывать при согласовании кабеля для предотвращения отражения сигнала от концов кабеля. Волновое сопротивление зависит от формы и взаиморасположения проводников, от технологии изготовления и материала диэлектрика кабеля. Типичные значения волнового сопротивления – от 50 до 150 Ом.

В настоящее время действуют следующие стандарты на кабели:

* EIA/TIA 568 (Commercial Building Telecommunications Cabling Standard) – американский;
* ISO/IEC IS 11801 (Generic cabling for customer premises) – международный;
* CENELEC EN 50173 (Generic cabling systems) – европейский.

Эти стандарты описывают практически одинаковые кабельные системы, но отличаются терминологией и нормами на параметры.

Жесткие диски (винчестеры), как электромеханические устройства, являются одним из самых ненадежных компонентов современного компьютера. Несмотря на то, что в большинстве случаев срок службы последних соизмерим, и даже превосходит время их эксплуатации до момента морального устаревания и замены более новыми моделями, все же отдельные экземпляры выходят из строя в течение первых месяцев эксплуатации. Выход жесткого диска из строя - самое худшее, что может случиться с вашим компьютером, так как при этом часто необратимо теряются накопленные на нем данные. Если резервная копия по какой-то причине отсутствует, то суммарный ущерб от поломки заметно превышает номинальную стоимость современных винчестеров.

Многие фирмы, пользуясь ситуацией, предлагают свои услуги по восстановлению информации с вышедшего из строя накопителя. Очевидно, это обходится недешево и целесообразно только тогда, когда на диске находилось что-то действительно ценное. В противном случае легче просто смириться с потерей.

Ремонт жестких дисков требует специального оборудования и практически невозможен в домашних условиях. Так, например, для вскрытия контейнера необходима особо чистая от пыли комната. Казалось бы, положение безнадежно и нечего даже помышлять о восстановлении поломанного диска в домашних условиях. Но, к счастью, не все поломки настолько серьезны, и во многих случаях можно обойтись для ремонта подручными (а иногда чисто программными) средствами.

Один из самых частых отказов винчестеров фирмы western digital (а также и некоторых других) выглядит следующим образом: жесткий диск не опознается bios, а головки при этом отчетливо стучат. Скорее всего, по какой-то причине не работает блок термокалибровки, и устройство не может обеспечить нужный зазор между головкой и рабочей поверхностью "блина". Обычно это происходит при отклонении от нормального температурного режима эксплуатации, например, в зимнее время, когда жесткие диски в плохо отапливаемых помещениях "выстывают" за ночь (при температуре 18...210С жесткий диск часто может исправно функционировать и с испорченным механизмом термокалибровки). Попробуйте дать поработать винчестеру в течение нескольких часов, чтобы он прогрелся, при этом рано или поздно винчестер попадает в необходимый диапазон температур и работоспособность (возможно, временно) восстанавливается. Разумеется, первым делом нужно скопировать всю информацию, поскольку работоспособность такого диска уже не гарантируется. То же можно рекомендовать и в отношении устаревших моделей без термокалибровки; часто они оказываются зависимыми от температурного режима, и с ростом износа винчестера эта зависимость проявляется все сильнее.

Вторым по распространенности отказом является выход из строя модуля диагностики при полной исправности остальных компонентов. Как это ни покажется парадоксальным, но полностью рабочий винчестер не проходит диагностику. При этом в регистре ошибок (порт ox1f1 для первого жесткого диска) могут содержаться значения, приведенные ниже:
Диагностические ошибки
Бит Содержимое Источник ошибки
7 0 Ошибка master диска
1 Ошибка slave диска
2-0 011 Ошибка секторного буфера
100 Ошибка контрогльной суммы, не устранимая избыточным кодированием
101 Ошибка микроконтроллера

Разные biosы могут различно реагировать на такую ситуацию, но все варианты сводятся к одному - жесткий диск не определяется и не "чувствуется". Однако на уровне портов ввода/вывода устройство функционирует отлично. Заметим, что существуют такие материнские платы (особенно среди новых моделей), которые, обнаружив ошибку микроконтроллера винчестера, просто отключают питание жесткого диска. Несложно написать для испорченного таким образом винчестера драйвер, который обеспечит работу с диском через высокоуровневый интерфейс int 0x13. Например, следующая процедура обеспечивает посекторное чтение и запись через порты ввода/вывода для первого жесткого диска в chs режиме.

lba mode для упрощения понимания не поддерживается. Необходимую техническую информацию обычно можно найти на сайте производителя вашего жесткого диска.

Этот фрагмент может служить вполне работоспособным ядром для драйвера 16-ти разрядного режима. Для упрощения понимания не включена задержка после каждого обращения к порту. В зависимости от соотношений скорости вашего процессора и контроллера диска эта задержка может и не потребоваться (в противном случае рекомендуется читать регистр статуса ox1f7, дожидаясь готовности контроллера). При этом не следует спешить с заменой такого жесткого диска на новый, с подобной неисправностью можно успешно работать не год и не два. Последнее, правда, лишь при условии, что все используемое программное обеспечение не будет конфликтовать с нестандартным драйвером. Писать драйвер, скорее всего, придется вам самому, поскольку не известно ни одной коммерческой разработки в этом направлении, а все любительские разработки выполнены в основном "под себя". Так, например, драйвер от kpnc hddfix3a поддерживает только винчестеры primary master до пятисот мегабайт и не работает в среде windows 95 (разработан на год раньше ее появления).

Более легкий, но не всегда осуществимый путь - запретить тестирование жестких дисков biosом или, по крайней мере, игнорировать результаты такового. Как это осуществить, можно прочесть в руководстве на материнскую плату (или обратиться за помощью к службе технической поддержки фирмы-производителя, поскольку в руководствах пользователя такие тонкости нередко опускают). Например, попробуйте установить "halt on" в "never" или перезаписать flach bios, модифицировав его так, чтобы тот не выполнял подобную проверку. Если Вам повезет, жесткий диск заработает! Однако иногда все же происходят и аппаратные отказы. Например, у винчестеров фирм samsung и conner отмечены случаи отказа модуля трансляции мультисекторного чтения/записи. Если это не будет обнаружено внутренним тестом устройства, то такой жесткий диск вызовет зависание операционной системы на стадии ее загрузки. Для предотвращения этого достаточно добавить в config.sys ключ multi-track=off и отключить аналогичные опции в blose. При этом, проиграв в скорости, все же можно заставить жесткий диск сносно работать. Понятно, что эксплуатировать восстановленный таким образом диск длительное время нерационально по причине потери быстродействия. Лучше приобрести новый, на который и скопировать всю информацию. С другой стороны, такой жесткий диск все же остается полностью рабочим и успешно может служить, например, в качестве резервного.

На том же connere эпизодически выходит из строя блок управления позиционированием головок, так что последние уже не могут удержаться на дорожке и при обращении к следующему сектору немного "уползают". При этом считывание на выходе дает ошибочную информацию, а запись необратимо затирает соседние сектора. Бороться с этим можно позиционированием головки перед каждой операцией записи/чтения, обрабатывая за один проход не более сектора. Понятно, что для этого необходимо вновь садиться за написание собственного драйвера. К счастью, он достаточно простой (можно использовать аппаратное прерывание от жесткого диска int 0x76 irq14, вставив в тело обработчика команду сброса контроллера. В данном случае подразумевается, что контроллер используемого жесткого диска проводит рекалибровку головки во время операции сброса. Некоторые модели этого не делают. В этом случае придется прибегнуть к операции позиционирования головки (функция ОхС дискового сервиса 0x13). Первые модели от вторых можно отличить временем, требуемым на сброс контроллера. Понятно, что электроника "сбрасывается" мгновенно, а позиционирование головки требует хоть и не большого, но все же заметного времени. Современные модели с поддержкой кэширования этого часто не делают или "откладывают" операции с головкой до первого к ней обращения. Разумеется, в этом случае кэширование придется выключить. Большинство bios позволяет это делать без труда, и нет нужды программировать контроллер самостоятельно. В другом случае вышедший из строя блок позиционирования (трансляции) подводит головки вовсе не к тому сектору, который запрашивался. Например, головки могли физически сместиться с оси, "уползая" в сторону. Разумеется, этот дефект можно скорректировать программно, достаточно проанализировать ситуацию и логику искажения трансляции. Многие модели позиционируют головку, используя разметку диска, что страхует от подобных поломок (к сожалению, сейчас от такого подхода большинство фирм отказались, выигрывая в скорости).

Конечно, все описанные программные подходы в действительности не устраняют неисправность, а только позволяют скопировать с казалось бы уже нерабочего винчестера ценные и еще не сохраненные данные. При этом ни к чему писать универсальный драйвер для win32 и защищенного режима. Вполне можно ограничиться dos-режимом. Для копирования файлов последнего должно оказаться вполне достаточно, конечно за исключением тех случаев, когда диск был отформатирован под ntsf или другую, не поддерживаемую ms-dos, систему. К счастью, для многих из них есть драйверы, которые позволяют "видеть" подобные разделы даже из "голой" ms-dos. В крайнем случае, можно ограничиться посекторным копированием на винчестер точно такой же топологии. При этом совершенно не имеет значения используемая файловая система и установленная операционная система.

Посекторно скопировать диск на винчестер с иной топологией трудно, но возможно. Дело в том, что многие современные контроллеры жестких дисков позволяют пользователю менять трансляцию произвольным образом. Для этого необходимо приобрести винчестер, поддерживающий lba-режим (а какой из современных жестких дисков его не поддерживает?). При этом он может быть даже большего объема, нежели исходный, но это никак не помешает копированию. Другой вопрос, что без переразбиения скопированный таким образом диск не "почувствует" дополнительных дорожек и следует запустить norton disk doctor, который устранит эту проблему.

Достаточно часто нарушается вычисление зон предком-пенсации. Дело в том, что плотность записи на разных цилиндрах не одинакова, так как линейная скорость растет от центра диска к периферии. Разумеется, гораздо легче постепенно уплотнять записи, нежели искать некий усредненный компромисс. На всех существующих моделях плотность записи изменяется скачкообразно и на последних моделях программно доступна через соответствующие регистры контроллера. При этом значения, выставленные в bios, практически любой жесткий диск (с интерфейсом ide) просто игнорирует. Предыдущие модели не имели с этим проблем, и только винчестеры, выпущенные в течение последних двух лет, склонны к подобным поломкам. Скорее, даже не к поломкам, а к сбоям, в результате которых искажается хранимая где-то в недрах жесткого диска информация. Если контроллер позволяет ее программно корректировать, то считайте, что ваш жесткий диск спасен. Конечно, придется пройти сквозь мучительные попытки угадать оригинальные значения, однако это можно делать и автоматическим перебором до тех пор, пока винчестер не начнет без ошибок читать очередную зону. Помните, что любая запись на диск способна нарушить низкоуровневую разметку винчестера, после чего последний восстановлению не подлежит и его останется только выкинуть. Производите только чтение секторов!

Если же контроллер не позволяет программно управлять предкомпенсацией, то еще не все потеряно. Попробуйте перед каждым обращением делать сброс контроллера, а точнее, его рекалибровку (команда ixh). В некоторых случаях это срабатывает, поскольку с целью оптимизации скорости обмена предкомпенсацией обычно управляет не один блок. И, кроме того, иногда контроллер кэша не учитывает предкомпенсацию, а его сброс реализует последнюю аппаратно. К сожалению, это по большей части догадки и результаты экспериментов автора, так как техническая документация фирм-производителей по этому поводу не отличается полнотой, а местами содержит противоречия. Можно испытать и другой способ - попробовать перезаписать микрокод контроллера (команда 92h). Конечно, это доступно только для специалистов очень высокого класса, но ведь доступно! Заметим, что не все контроллеры поддерживают такую операцию. С другой стороны, это и хорошо, так как уменьшает вероятность сбоя и не дает некорректно работающим программам (вирусам в том числе) испортить дорогое устройство. Жесткие диски от samsung обладают еще одной неприятной особенностью - часто при подключении шлейфа "на лету", при включенном питании, они перестают работать. Внешне это выглядит так: индикатор обращения к диску постоянно горит, но диск даже не определяется biosom, или определяется, но все равно не работает. Близкое рассмотрение показывает, что на шине пропадает сигнал готовности устройства. В остальном контроллер остается неповрежденным. Разумеется, если не обращать внимание на отсутствие сигнала готовности, то с устройством можно общаться, делая вручную необходимые задержки (поскольку физическую готовность устройства уже узнать не представляется возможным, приходится делать задержки с изрядным запасом времени). При этом, к сожалению, придется отказаться от dma-mode (а уж тем более ultra-dma) и ограничиться pio 1 (с небольшим риском - pio 2) режимом. Конечно, писать соответствующий драйвер вам придется опять самостоятельно. Разумеется, скорость обмена в режиме pio 1 по сегодняшним меркам совершенно неудовлетворительна и не годится ни для чего другого, кроме как копирования информации со старого на новый винчестер, но некоторые "нечистоплотные" продавцы компьютерной техники как-то ухитряются устанавливать подобные экземпляры на продаваемые машины. Будьте осторожны! Учитывая, что написание подобных драйверов для win32 - трудоемкое занятие, большинство ограничивается поддержкой одной лишь ms-dos, и вовсе не факт, что компьютер, демонстрирующий загрузку win95, содержит исправный, а не реанимированный подобным образом жесткий диск.

У жестких дисков фирмы samsung при подключении "налету" может появляться другой неприятный дефект - при запросах на чтение контроллер периодически "повисает" и не завершает операцию. В результате "замирает" вся операционная система (впрочем, windows nt с этим справляется, но, вероятно, не всегда). На первый взгляд может показаться, что с этого винчестера несложно скопировать ценные файлы, но при попытке выполнить это выясняется, что диск "зависает" все чаще и чаще и копирование растягивается до бесконечности. Однако если выполнить сброс контроллера, то можно будет повторить операцию. Это можно сделать аппарат -но, подпаяв одну кнопку на линию сброса и статуса. Последнее нужно для указания на ошибочную ситуацию, чтобы операционная система повторила незавершенную операцию. Если этого не сделать, то часть секторов не будет реально прочитана (записана). Или можно выполнять сброс автоматически, например, по таймеру. Чтобы не сталкиваться с подобной ситуацией, никогда не следует подсоединять/отсоединять винчестер при включенном питании. Очень часто это приводит к подобным ошибкам, хотя производители других фирм, по-видимому, как-то от этого все же защищаются, ибо аналогичной ситуации у них практически не встречается. Все же не стоит искушать судьбу... От аппаратных ошибок теперь перейдем к дефектам поверхности. Заметим сразу, что последнее встречается гораздо чаще и проявляется намного коварнее. Обычно это ситуация, в которой мало что можно предпринять. Но достичь главной цели - спасти как можно больше уцелевших данных - довольно часто удается. Возьмем такую типичную ситуацию как ошибка чтения сектора. Маловероятно, чтобы сектор был разрушен целиком. Чаще всего "сыплется" только какая-то его часть, а все остальные данные остаются неискаженными. Существуют контроллеры двух типов. Первые, обнаружив расхождение контрольной суммы считанного сектора, все же оставляют прочитанные данные в буфере и позволяют их извлечь оттуда, проигнорировав ошибку чтения. Вторые либо очищают буфер, либо просто не сбрасывают внутренний кэш, в результате чего все равно прочитать буфер невозможно. На практике обычно встречаются последние. При этом сброс кэша можно инициировать серией запросов без считывания полученных данных. Кэш при этом переполняется, и наиболее старые данные будут вытолкнуты в буфер. Остается их только прочесть. Конечно,-это крайне медленно, но, к сожалению, универсальной команды сброса кэша не существует. Разные разработчики реализуют это по-своему (впрочем, иногда это можно найти в документации на чипы, используемые в контроллере). western digital сообщает в техническом руководстве что при длинном чтении сектора без повтора контроль сектора не выполняется и он будет-таки целиком помещен в буфер. Кстати, так и должно быть по стандарту. Увы, остальные фирмы от него часто отклоняются по разным соображениям. Остается определить, какие же из прочитанных данных достоверные, а какие нет (если этого не видно "визуально" - например, в случае текстового или графического файлов)? Разумеется, в подобных рамках задача кажется неразрешимой, но это не совсем так. Дело в том, что можно произвести не только короткое, но и длинное чтение (ox22h req ploin long with retry), для чего можно использовать следующую процедуру. При этом кроме собственно данных читаются также и корректирующие коды. Автоматическая коррекция не выполняется (хотя некоторые контроллеры это реализуют аппаратно и не могут отключить автокоррекцию; в документации этот момент, кстати, не уточняется). Как правило, используются корректирующие коды Рида-Соломона, хотя последнее не обязательно. Математические законы позволяют не только определить место возникновения сбоя, но и даже восстановить несколько бит. При больших разрушениях можно определить только место сбоя, но достоверно восстановить информацию не удается.

Модуляция при записи такова, что все биты, стоящие справа от сбойного, уже не достоверны. Точнее, не все, а только в пределах одного пакета. Обычно за один раз записывается от 3 до 9 бит (необходимо уточнить у конкретного производителя) и содержимое остальных пакетов, как правило, остается достоверным. Самое интересное, что зачастую сбойный пакет можно восстановить методом перебора! При этом можно даже рассчитать, сколько вариантов должно получиться. Учитывая хорошую степень "рассеяния" корректирующих кодов можно сказать, что не очень много. И таким образом можно восстановить казалось бы безнадежно испорченные сектора, а вместе с ними и файлы, расположенные "поверх" последних.

Выше были перечислены наиболее типичные случаи отказов жестких дисков, которые поддавались чисто программному восстановлению если уж не винчестера, то хотя бы хранимых на нем данных. Разумеется, что иногда жесткий диск выходит из строя полностью (например, при неправильно подключенном питании, скачках напряжения) от вибрации или ударов, а то и просто из-за откровенного заводского брака. Есть один старый проверенный способ - найти жесткий диск такой же точно модели и заменить электронную плату. К сожалению, последнее из-за ряда конструктивных особенностей все реже и реже бывает возможно, а уж дефекты поверхности этот способ и вовсе бессилен вылечить. Поэтому, берегите свой жесткий диск и почаще проводите резервное копирование. Помните, что самое дорогое это не компьютер, а хранимая на нем информация!

В стеке протоколов TCP/IP протокол TCP (Transmission Control Protocol) работает так же, как и протокол UDP, на транспортном уровне. Он обеспечивает надежную транспортировку данных между прикладными процессами путем установления логического соединения.

---

Сегменты TCP

Единицей данных протокола TCP является сегмент. Информация, поступающая к протоколу TCP в рамках логического соединения от протоколов более высокого уровня, рассматривается протоколом TCP как неструктурированный поток байт. Поступающие данные буферизуются средствами TCP. Для передачи на сетевой уровень из буфера "вырезается" некоторая непрерывная часть данных, называемая сегментом.

В протоколе TCP предусмотрен случай, когда приложение обращается с запросом о срочной передаче данных (бит PSH в запросе установлен в 1). В этом случае протокол TCP, не ожидая заполнения буфера до уровня размера сегмента, немедленно передает указанные данные в сеть. О таких данных говорят, что они передаются вне потока - out of band.

Не все сегменты, посланные через соединение, будут одного и того же размера, однако оба участника соединения должны договориться о максимальном размере сегмента, который они будут использовать. Этот размер выбирается таким образом, чтобы при упаковке сегмента в IP-пакет он помещался туда целиком, то есть максимальный размер сегмента не должен превосходить максимального размера поля данных IP-пакета. В противном случае пришлось бы выполнять фрагментацию, то есть делить сегмент на несколько частей, для того, чтобы он вместился в IP-пакет.

Аналогичные проблемы решаются и на сетевом уровне. Для того, чтобы избежать фрагментации, должен быть выбран соответствующий максимальный размер IP-пакета. Однако при этом должны быть приняты во внимание максимальные размеры поля данных кадров (MTU) всех протоколов канального уровня, используемых в сети. Максимальный размер сегмента не должен превышать минимальное значение на множестве всех MTU составной сети.

Порты и установление TCP-соединений

В протоколе TCP также, как и в UDP, для связи с прикладными процессами используются порты. Номера портам присваиваются аналогичным образом: имеются стандартные, зарезервированные номера (например, номер 21 закреплен за сервисом FTP, 23 - за telnet), а менее известные приложения пользуются произвольно выбранными локальными номерами.

Однако в протоколе TCP порты используются несколько иным способом. Для организации надежной передачи данных предусматривается установление логического соединения между двумя прикладными процессами. В рамках соединения осуществляется обязательное подтверждение правильности приема для всех переданных сообщений, и при необходимости выполняется повторная передача. Соединение в TCP позволяет вести передачу данных одновременно в обе стороны, то есть полнодуплексную передачу.

Соединение в протоколе TCP идентифицируется парой полных адресов обоих взаимодействующих процессов (оконечных точек). Адрес каждой из оконечных точек включает IP-адрес (номер сети и номер компьютера) и номер порта. Одна оконечная точка может участвовать в нескольких соединениях.

Установление соединения выполняется в следующей последовательности:

* При установлении соединения одна из сторон является инициатором. Она посылает запрос к протоколу TCP на открытие порта для передачи (active open).
* После открытия порта протокол TCP на стороне процесса-инициатора посылает запрос процессу, с которым требуется установить соединение.
* Протокол TCP на приемной стороне открывает порт для приема данных (passive open) и возвращает квитанцию, подтверждающую прием запроса.
* Для того чтобы передача могла вестись в обе стороны, протокол на приемной стороне также открывает порт для передачи (active port) и также передает запрос к противоположной стороне.
* Сторона-инициатор открывает порт для приема и возвращает квитанцию. Соединение считается установленным. Далее происходит обмен данными в рамках данного соединения.

Концепция квитирования

В рамках соединения правильность передачи каждого сегмента должна подтверждаться квитанцией получателя. Квитирование - это один из традиционных методов обеспечения надежной связи. Идея квитирования состоит в следующем.

Для того, чтобы можно было организовать повторную передачу искаженных данных отправитель нумерует отправляемые единицы передаваемых данных (далее для простоты называемые кадрами). Для каждого кадра отправитель ожидает от приемника так называемую положительную квитанцию - служебное сообщение, извещающее о том, что исходный кадр был получен и данные в нем оказались корректными. Время этого ожидания ограничено - при отправке каждого кадра передатчик запускает таймер, и если по его истечению положительная квитанция на получена, то кадр считается утерянным. В некоторых протоколах приемник, в случае получения кадра с искаженными данными должен отправить отрицательную квитанцию - явное указание того, что данный кадр нужно передать повторно.

Существуют два подхода к организации процесса обмена положительными и отрицательными квитанциями: с простоями и с организацией "окна".

Метод с простоями требует, чтобы источник, пославший кадр, ожидал получения квитанции (положительной или отрицательной) от приемника и только после этого посылал следующий кадр (или повторял искаженный). В этом случае производительность обмена данными существенно снижается - хотя передатчик и мог бы послать следующий кадр сразу же после отправки предыдущего, он обязан ждать прихода квитанции. Снижение производительности для этого метода коррекции особенно заметно на низкоскоростных каналах связи, то есть в территориальных сетях.

Во втором методе для повышения коэффициента использования линии источнику разрешается передать некоторое количество кадров в непрерывном режиме, то есть в максимально возможном для источника темпе, без получения на эти кадры ответных квитанций. Количество кадров, которые разрешается передавать таким образом, называется размером окна. Обычно кадры при обмене нумеруются циклически, от 1 до W. При отправке кадра с номером 1 источнику разрешается передать еще W-1 кадров до получения квитанции на кадр 1. Если же за это время квитанция на кадр 1 так и не пришла, то процесс передачи приостанавливается, и по истечению некоторого тайм-аута кадр 1 считается утерянным (или квитанция на него утеряна) и он передается снова.

Если же поток квитанций поступает более-менее регулярно, в пределах допуска в W кадров, то скорость обмена достигает максимально возможной величины для данного канала и принятого протокола.

Этот алгоритм называют алгоритмом скользящего окна. Действительно, при каждом получении квитанции окно перемещается (скользит), захватывая новые данные, которые разрешается передавать без подтверждения.

[pagebreak]

Реализация скользящего окна в протоколе TCP

В протоколе TCP реализована разновидность алгоритма квитирования с использованием окна. Особенность этого алгоритма состоит в том, что, хотя единицей передаваемых данных является сегмент, окно определено на множестве нумерованных байт неструктурированного потока данных, поступающих с верхнего уровня и буферизуемых протоколом TCP.

Квитанция посылается только в случае правильного приема данных, отрицательные квитанции не посылаются. Таким образом, отсутствие квитанции означает либо прием искаженного сегмента, либо потерю сегмента, либо потерю квитанции.

В качестве квитанции получатель сегмента отсылает ответное сообщение (сегмент), в которое помещает число, на единицу превышающее максимальный номер байта в полученном сегменте. Если размер окна равен W, а последняя квитанция содержала значение N, то отправитель может посылать новые сегменты до тех пор, пока в очередной сегмент не попадет байт с номером N+W. Этот сегмент выходит за рамки окна, и передачу в таком случае необходимо приостановить до прихода следующей квитанции.

Выбор тайм-аута

Выбор времени ожидания (тайм-аута) очередной квитанции является важной задачей, результат решения которой влияет на производительность протокола TCP.

Тайм-аут не должен быть слишком коротким, чтобы по возможности исключить избыточные повторные передачи, которые снижают полезную пропускную способность системы. Но он не должен быть и слишком большим, чтобы избежать длительных простоев, связанных с ожиданием несуществующей или "заблудившейся" квитанции.

При выборе величины тайм-аута должны учитываться скорость и надежность физических линий связи, их протяженность и многие другие подобные факторы. В протоколе TCP тайм-аут определяется с помощью достаточно сложного адаптивного алгоритма, идея которого состоит в следующем. При каждой передаче засекается время от момента отправки сегмента до прихода квитанции о его приеме (время оборота).

Получаемые значения времен оборота усредняются с весовыми коэффициентами, возрастающими от предыдущего замера к последующему. Это делается с тем, чтобы усилить влияние последних замеров. В качестве тайм-аута выбирается среднее время оборота, умноженное на некоторый коэффициент. Практика показывает, что значение этого коэффициента должно превышать 2. В сетях с большим разбросом времени оборота при выборе тайм-аута учитывается и дисперсия этой величины.

Реакция на перегрузку сети

Варьируя величину окна, можно повлиять на загрузку сети. Чем больше окно, тем большую порцию неподтвержденных данных можно послать в сеть. Если сеть не справляется с нагрузкой, то возникают очереди в промежуточных узлах-маршрутизаторах и в конечных узлах-компьютерах.

При переполнении приемного буфера конечного узла "перегруженный" протокол TCP, отправляя квитанцию, помещает в нее новый, уменьшенный размер окна. Если он совсем отказывается от приема, то в квитанции указывается окно нулевого размера. Однако даже после этого приложение может послать сообщение на отказавшийся от приема порт. Для этого, сообщение должно сопровождаться пометкой "срочно" (бит URG в запросе установлен в 1). В такой ситуации порт обязан принять сегмент, даже если для этого придется вытеснить из буфера уже находящиеся там данные.

После приема квитанции с нулевым значением окна протокол-отправитель время от времени делает контрольные попытки продолжить обмен данными. Если протокол-приемник уже готов принимать информацию, то в ответ на контрольный запрос он посылает квитанцию с указанием ненулевого размера окна.

Другим проявлением перегрузки сети является переполнение буферов в маршрутизаторах. В таких случаях они могут централизовано изменить размер окна, посылая управляющие сообщения некоторым конечным узлам, что позволяет им дифференцировано управлять интенсивностью потока данных в разных частях сети.

Формат сообщений TCP

Сообщения протокола TCP называются сегментами и состоят из заголовка и блока данных. Заголовок сегмента имеет следующие поля:

* Порт источника (SOURS PORT) занимает 2 байта, идентифицирует процесс-отправитель;
* Порт назначения (DESTINATION PORT) занимает 2 байта, идентифицирует процесс-получатель;
* Последовательный номер (SEQUENCE NUMBER) занимает 4 байта, указывает номер байта, который определяет смещение сегмента относительно потока отправляемых данных;
* Подтвержденный номер (ACKNOWLEDGEMENT NUMBER) занимает 4 байта, содержит максимальный номер байта в полученном сегменте, увеличенный на единицу; именно это значение используется в качестве квитанции;
* Длина заголовка (HLEN) занимает 4 бита, указывает длину заголовка сегмента TCP, измеренную в 32-битовых словах. Длина заголовка не фиксирована и может изменяться в зависимости от значений, устанавливаемых в поле Опции;
* Резерв (RESERVED) занимает 6 битов, поле зарезервировано для последующего использования;
* Кодовые биты (CODE BITS) занимают 6 битов, содержат служебную информацию о типе данного сегмента, задаваемую установкой в единицу соответствующих бит этого поля:
* URG - срочное сообщение;
* ACK - квитанция на принятый сегмент;
* PSH - запрос на отправку сообщения без ожидания заполнения буфера;
* RST - запрос на восстановление соединения;
* SYN - сообщение используемое для синхронизации счетчиков переданных данных при установлении соединения;
* FIN - признак достижения передающей стороной последнего байта в потоке передаваемых данных.
* Окно (WINDOW) занимает 2 байта, содержит объявляемое значение размера окна в байтах;
* Контрольная сумма (CHECKSUM) занимает 2 байта, рассчитывается по сегменту;
* Указатель срочности (URGENT POINTER) занимает 2 байта, используется совместно с кодовым битом URG, указывает на конец данных, которые необходимо срочно принять, несмотря на переполнение буфера;
* Опции (OPTIONS) - это поле имеет переменную длину и может вообще отсутствовать, максимальная величина поля 3 байта; используется для решения вспомогательных задач, например, при выборе максимального размера сегмента;
* Заполнитель (PADDING) может иметь переменную длину, представляет собой фиктивное поле, используемое для доведения размера заголовка до целого числа 32-битовых слов.