關於TCP的可靠性

2021-07-03 07:56:44 字數 2263 閱讀 5372

tcp是乙個可靠的協議。有時人們會說:"tcp能夠保證它所傳送資料的可靠傳輸。"這種說法儘管很常見,但卻非常不恰當。

首先,只要稍微想一下就會知道這不可能是對的。比如,假設在資料傳輸的過程中將一台主機從網路上斷開,tcp這側不管做出何種努力,都無法獲取其餘 的資料。網路確實會中斷,主機確實會崩潰,使用者確實會在tcp連線仍然活躍的時候關機。這些事件或其他類似的事件都使得tcp無法將它從應用程式收到的數 據傳送出去。

但更重要的是,tcp"確保可靠傳輸"這種說法會對不夠謹慎的網路程式設計師產生微妙的影響。當然,沒人真的會相信tcp有某種魔法總是可以將資料安全 地傳送到其目的地。但是,相信tcp能夠保證可靠傳輸會讓人覺得沒必要進行防禦性程式設計,也沒必要考慮對故障模式的處理,還是那句話,畢竟tcp可以確保可 靠傳輸。

可靠性--是什麼,不是什麼

在考慮tcp中可能出現的各種故障模式之前,要弄清楚tcp的可靠性意味著什麼。如果tcp不能保證將提交給它的所有資料都傳送出去,它又能保證什 麼呢?第乙個問題是向誰保證?圖2-41顯示,資料流從應用程式a通過它所在主機的tcp/ip棧向下傳輸,經過幾台中間路由器,通過應用程式b所在主機 的tcp/ip棧向上傳輸,最後抵達應用程式b。乙個tcp段離開應用程式a所在主機的tcp層時,會被封裝到乙個ip資料報中,傳送給其對等實體主機。 它所走的路由可能要經過很多路由器,但如圖2-41所示,這些路由器都沒有tcp層,它們只是**了ip資料報。

實際上,有些"路由器"可能是擁有完整tcp/ip協議棧的通用計算機,但在這種情況下,它們的路由功能也不涉及tcp或應用層。

我們知道ip是個不可靠的協議,那就應該很清楚,在資料傳輸路徑上,第乙個可以討論確保可靠傳輸問題的地方就是應用程式b所在主機的tcp層。當一 個段抵達應用程式b所在主機的tcp層時,唯一可以確定的就是這個段已經到達了,但它可能損壞了,可能是重複的資料,可能是錯序的,或者是由於其他一些原 因無法接受的。注意,傳送端tcp無法對這些抵達接收端tcp的段做出任何保證。

但接收端tcp要向傳送端tcp確認,也就是說它ack的資料以及在此資料之前到達的所有資料在tcp層都已經正確收到了,傳送端tcp可以安全地 刪除這些資料的副本了。這並不意味著已經將資料傳送,或者總是可以將資料傳送給應用程式。比如,接收端主機可能在剛剛對資料進行了ack,但應用程式還沒 有將其讀走之前,就崩潰了。這個問題值得進一步討論:tcp向傳送端提供的唯一乙個資料接收通知就是這個ack。傳送端應用程式無法從tcp自身判斷對等 實體應用程式是否真的收到資料了。稍後我們會說明,這是應用程式編寫者要弄清楚的一種tcp故障模式。

另乙個可以討論確保可靠傳輸問題的地方是應用程式b。我們知道,無法保證應用程式a傳送的所有資料都會到達。tcp能夠向應用程式b保證的是所有到達的資料都是按序且未受損的。

前面已經提到過一種tcp故障模式了:tcp已經ack了的資料實際上可能不會抵達目的應用程式。這是相當罕見的事情,即使發生這種事情,影響也不會太嚴重。重要的是網路程式設計師要知道這種可能性的存在,要對這種或其他所有故障模式可能帶來的不良後果有所預防。要避免這樣一種看法:tcp會做好一切準備,我們不需要為應用程式協議的健壯性操心。

前面討論的故障模式有很明確的解決方案。對應用程式來說,明確地知道對等實體收到了某個特定的報文是非常重要的,其對等實體就必須將收到報文的資訊通知傳送端。通常,這種確認資訊都是隱式的。比如,如果客戶端向伺服器請求一些資料,伺服器進行了響應,那麼,這個響應就隱式地確認收到了原始請求。

乙個更難解決的問題是如果伺服器沒有對收到的報文進行確認,客戶端會怎麼做?當然,這與特定的應用程式有很大的關係,很可能沒有乙個統一的解決方 案。但我們應該注意到,僅僅重發請求很可能無法解決問題:我們不想請求銀行進行兩次轉賬。資料庫系統使用三階段提交協議來處理這種型別的問 題,某些應用程式可能會使用類似的策略來確保操作"最多執行一次"。

tcp是乙個端對端協議,也就是說它自己要在對等實體之間提供可靠的傳輸機制。但是,認識到"端點"位於對等的tcp層,而不是對等的應用程式中是非常重要的要求進行端到端確認的應用程式必須自身提供此項功能(比如wcf實現的ws-rm)

看看其他一些"常見的"故障模式。只要兩個對等實體仍然連著,tcp就能保證將資料按序、無損壞地傳送。只有連線中斷時才會出現故障。什麼型別的事件會造成這種中斷呢?有三種情況可能引發這類問題:

(1) 永久或臨時的網路中斷;

(2) 對等的應用程式崩潰;

(3) 執行對等應用程式的主機崩潰。

我們會看到,在傳送端應用程式中,這些事件會以不同的方式顯現出來。

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