12-07-2024, 15:23
Wenn wir darüber sprechen, wie TCP Retransmissionen verwaltet, ist es wirklich faszinierend, wenn man die einzelnen Schichten abzieht. Wir wissen beide, dass TCP, oder Transmission Control Protocol, äußerst wichtig ist, um sicherzustellen, dass Daten, die über das Internet gesendet werden, genau und in der richtigen Reihenfolge ankommen. Es ist wie der Postdienst des Internets. Man stelle sich vor, man sendet ein Paket und möchte sicherstellen, dass es nicht nur ankommt, sondern auch unversehrt ankommt. TCP tut etwas Ähnliches für unsere Datenpakete.
Lassen Sie uns das aufschlüsseln. Wann immer Sie Daten über TCP senden, werden diese in kleinere Einheiten, sogenannten Segmenten, verschickt. Jedes dieser Segmente hat seinen eigenen Header, der am empfangenden Ende Informationen wie die Quell- und Ziel-IP-Adressen sowie Sequenznummern enthält, die helfen, alles am anderen Ende zusammenzusetzen.
Hier wird es interessant. Wenn Sie ein TCP-Segment senden, sitzen Sie nicht einfach nur da und warten darauf, dass jemand es ohne Bestätigung empfängt. TCP verwendet etwas, das als Bestätigung (oder ACK) bezeichnet wird, um dies zu verwalten. Das empfangende Gerät sendet eine Bestätigung zurück, sobald es Ihr Segment erhält. Wenn Sie also Segment 1 senden und es sicher am anderen Ende ankommt, erhalten Sie eine ACK, die signalisiert, dass Segment 1 empfangen wurde. Wenn Sie diese ACK nicht rechtzeitig erhalten, bedeutet das, dass etwas schiefgelaufen ist – vielleicht ist das Segment während des Transports verloren gegangen.
Nehmen wir an, Sie haben eine Reihe von Segmenten gesendet – 1, 2, 3 und 4. Wenn der Empfänger 1 und 2 erhält, aber 3 verliert, wird er dennoch eine ACK für 2 senden, aber es wird keine ACK für 3 geben. Hier wird es ein wenig spannend. TCP nutzt eine Retransmissionsstrategie. Denn, nachdem es eine bestimmte Zeit ohne den Empfang einer Bestätigung für ein Segment gewartet hat, geht TCP automatisch davon aus, dass das Segment verloren gegangen ist. Es wird also eine Retransmission für dieses Segment einleiten. Stellen Sie sich das vor wie das erneute Senden eines Pakets, das irgendwie verschwunden ist, nachdem Sie es das erste Mal gesendet haben.
TCP hat einen Timer dafür. Nachdem ein Segment gesendet wurde, startet TCP einen Timeout-Timer. Wenn der Timer abläuft, bevor eine Bestätigung empfangen wird, weiß TCP, dass es dieses Segment retransmitieren muss. Die Dauer des Timers ist dynamisch; sie basiert darauf, wie lange es normalerweise dauert, bis Pakete über das Netzwerk reisen. TCP verfolgt die Round-Trip-Zeit (RTT), die die Zeit ist, die ein Signal benötigt, um vom Sender zum Empfänger und zurück zu gehen. Wenn sich die Netzwerkbedingungen ändern, passt sich die durchschnittliche RTT an, und so auch der Timeout-Wert. Auf diese Weise versucht TCP immer, sich an die Gegebenheiten des Netzwerks anzupassen.
Es ist auch erwähnenswert, dass TCP doppelte ACKs verwendet. Wenn das empfangende Ende erkennt, dass ein Segment fehlt, aber andere Empfang hat, sendet es eine Bestätigung für das letzte Segment, das es erfolgreich erhalten hat. Zum Beispiel, wenn Sie 1, 2, 3 und 4 gesendet haben, aber nur 1 und 2 angekommen sind, erhalten Sie zwei ACKs für Segment 2. Dies ist ein häufiges Signal für TCP: Es bedeutet, dass Segment 3 wahrscheinlich verloren gegangen ist. Wenn TCP mehrere doppelte ACKs hintereinander sieht, kann es ziemlich intelligent handeln und eine schnelle Retransmission für das fehlende Segment einleiten, anstatt zu warten, bis der Timer abläuft.
So haben wir eine Situation, in der etwas durch die Ritzen schlüpfen könnte, aber TCP ist so konzipiert, dass es dies erkennt, bevor es zu einem ernsten Problem wird. Durch das Erkennen von Mustern kann es die Dinge relativ schnell wieder auf Kurs bringen, oft ohne sogar zu warten, bis der Timeout eintritt.
Nun könnten Sie sich fragen, was passiert, wenn alles langsam ist und Segmente ständig verloren gehen? Das ist auch ein echtes Problem. Wenn Sie Netzwerküberlastung erleben, hat TCP eine Möglichkeit, damit umzugehen, die als Staukontrolle bezeichnet wird. Im Wesentlichen verwaltet es, wie viel Daten auf einmal basierend auf den aktuellen Bedingungen gesendet werden. Wenn es zu viele Retransmissionen gibt, wird es etwas konservativer; es verringert seine Sendedauer, um die Last des Netzwerks zu verringern. Ich finde das wirklich spannend, da es zeigt, wie TCP nicht einfach blind Daten sendet; es passt sich basierend auf dem Feedback an, das es vom Netzwerk erhält. Es ist ein bisschen wie Autofahren – wenn man die Bremslichter vor sich sieht, verlangsamt man, bevor es chaotisch wird.
TCP verwendet dafür eine Technik, die als „Slow Start“ bezeichnet wird. Wenn eine Verbindung beginnt, startet TCP mit einer kleinen Menge an Daten, die ins Netzwerk gesendet werden. Mit jeder empfangenen Bestätigung kann es allmählich die Menge an gesendeten Daten erhöhen, wie beim Testen der Gewässer. Wenn es reibungslos ACKs erhält, kann es weiter steigern, bis es jenen Punkt der Überlastung findet, an dem die Dinge ins Stocken geraten oder verloren gehen.
Am anderen Ende des Spektrums, wenn Pakete verloren gehen, wird TCP eine Strategie namens additive Erhöhung/multiplikative Verringerung (AIMD) anwenden. Wenn Sie Paketverluste sehen, wird die Sendegeschwindigkeit erheblich reduziert, um die Überlastung schnell zu lindern. Aber sie kann wieder steigen: Für jede erfolgreich empfangene Bestätigung erhöht sie sich schrittweise. Dieser Balanceakt ist entscheidend, da er sicherstellt, dass Ihre Daten die beste Chance haben, effizient über manchmal raue Strecken zu reisen.
Um noch etwas mehr Terminologie einzuführen, gibt es auch das Konzept des „Congestion Window“. Dies ist eine TCP-Zustandsvariable, die bestimmt, wie viele Daten gesendet werden können, bevor eine Bestätigung erforderlich ist. Sie passt sich sowohl an die Netzwerkbedingungen als auch daran an, wie gut die Pakete empfangen werden. Wenn das Fenster weiter öffnet (wenn ACKs ohne Probleme eintreffen), kann TCP mehr Daten senden, aber wenn es wegen verlorener Pakete geschlossen ist, verlangsamen sich die Dinge.
Was wir also haben, ist ein System, das ständig abwägt, wie es weitergeht – es ist reflexiv. Ob durch Timeouts, ACKs, mehrere doppelte Bestätigungen oder Stausignale, TCP bleibt hartnäckig dabei, sicherzustellen, dass es Ihre Daten von Punkt A nach Punkt B ohne viel Aufwand und idealerweise, ohne dass Sie überhaupt bemerken, dass ein Problem besteht, transportiert.
Diese Fähigkeit, Datenverlust und Retransmissionen zu bewältigen, ist der Grund, warum TCP so weit verbreitet ist, insbesondere für Anwendungen, die eine hohe Datenintegrität erfordern – wie das Surfen im Internet oder Dateiübertragungen. Ich meine, Sie möchten definitiv keine Teile der Fotodatei verlieren, die Sie herunterladen, oder die Hälfte eines Dokuments, das Sie gerade geschickt haben.
Insgesamt ist TCPs Ansatz zur Handhabung von Retransmissionen eine fantastische Mischung aus Automatisierung und reaktiven Maßnahmen. Es ist wie ein wirklich aufmerksamer Freund, der weiß, wann er Sie anstoßen und daran erinnern sollte, dass etwas fehlt, aber auch weiß, wann er Sie aufmuntern und sagen kann: "Hey, wir schaffen das!" Es ist eine elegante Lösung für ein ziemlich kompliziertes Problem. Ich finde es erstaunlich, wie eine so grundlegende Technologie im Hintergrund unermüdlich arbeitet und sicherstellt, dass unsere digitalen Interaktionen reibungslos und zuverlässig sind.
Lassen Sie uns das aufschlüsseln. Wann immer Sie Daten über TCP senden, werden diese in kleinere Einheiten, sogenannten Segmenten, verschickt. Jedes dieser Segmente hat seinen eigenen Header, der am empfangenden Ende Informationen wie die Quell- und Ziel-IP-Adressen sowie Sequenznummern enthält, die helfen, alles am anderen Ende zusammenzusetzen.
Hier wird es interessant. Wenn Sie ein TCP-Segment senden, sitzen Sie nicht einfach nur da und warten darauf, dass jemand es ohne Bestätigung empfängt. TCP verwendet etwas, das als Bestätigung (oder ACK) bezeichnet wird, um dies zu verwalten. Das empfangende Gerät sendet eine Bestätigung zurück, sobald es Ihr Segment erhält. Wenn Sie also Segment 1 senden und es sicher am anderen Ende ankommt, erhalten Sie eine ACK, die signalisiert, dass Segment 1 empfangen wurde. Wenn Sie diese ACK nicht rechtzeitig erhalten, bedeutet das, dass etwas schiefgelaufen ist – vielleicht ist das Segment während des Transports verloren gegangen.
Nehmen wir an, Sie haben eine Reihe von Segmenten gesendet – 1, 2, 3 und 4. Wenn der Empfänger 1 und 2 erhält, aber 3 verliert, wird er dennoch eine ACK für 2 senden, aber es wird keine ACK für 3 geben. Hier wird es ein wenig spannend. TCP nutzt eine Retransmissionsstrategie. Denn, nachdem es eine bestimmte Zeit ohne den Empfang einer Bestätigung für ein Segment gewartet hat, geht TCP automatisch davon aus, dass das Segment verloren gegangen ist. Es wird also eine Retransmission für dieses Segment einleiten. Stellen Sie sich das vor wie das erneute Senden eines Pakets, das irgendwie verschwunden ist, nachdem Sie es das erste Mal gesendet haben.
TCP hat einen Timer dafür. Nachdem ein Segment gesendet wurde, startet TCP einen Timeout-Timer. Wenn der Timer abläuft, bevor eine Bestätigung empfangen wird, weiß TCP, dass es dieses Segment retransmitieren muss. Die Dauer des Timers ist dynamisch; sie basiert darauf, wie lange es normalerweise dauert, bis Pakete über das Netzwerk reisen. TCP verfolgt die Round-Trip-Zeit (RTT), die die Zeit ist, die ein Signal benötigt, um vom Sender zum Empfänger und zurück zu gehen. Wenn sich die Netzwerkbedingungen ändern, passt sich die durchschnittliche RTT an, und so auch der Timeout-Wert. Auf diese Weise versucht TCP immer, sich an die Gegebenheiten des Netzwerks anzupassen.
Es ist auch erwähnenswert, dass TCP doppelte ACKs verwendet. Wenn das empfangende Ende erkennt, dass ein Segment fehlt, aber andere Empfang hat, sendet es eine Bestätigung für das letzte Segment, das es erfolgreich erhalten hat. Zum Beispiel, wenn Sie 1, 2, 3 und 4 gesendet haben, aber nur 1 und 2 angekommen sind, erhalten Sie zwei ACKs für Segment 2. Dies ist ein häufiges Signal für TCP: Es bedeutet, dass Segment 3 wahrscheinlich verloren gegangen ist. Wenn TCP mehrere doppelte ACKs hintereinander sieht, kann es ziemlich intelligent handeln und eine schnelle Retransmission für das fehlende Segment einleiten, anstatt zu warten, bis der Timer abläuft.
So haben wir eine Situation, in der etwas durch die Ritzen schlüpfen könnte, aber TCP ist so konzipiert, dass es dies erkennt, bevor es zu einem ernsten Problem wird. Durch das Erkennen von Mustern kann es die Dinge relativ schnell wieder auf Kurs bringen, oft ohne sogar zu warten, bis der Timeout eintritt.
Nun könnten Sie sich fragen, was passiert, wenn alles langsam ist und Segmente ständig verloren gehen? Das ist auch ein echtes Problem. Wenn Sie Netzwerküberlastung erleben, hat TCP eine Möglichkeit, damit umzugehen, die als Staukontrolle bezeichnet wird. Im Wesentlichen verwaltet es, wie viel Daten auf einmal basierend auf den aktuellen Bedingungen gesendet werden. Wenn es zu viele Retransmissionen gibt, wird es etwas konservativer; es verringert seine Sendedauer, um die Last des Netzwerks zu verringern. Ich finde das wirklich spannend, da es zeigt, wie TCP nicht einfach blind Daten sendet; es passt sich basierend auf dem Feedback an, das es vom Netzwerk erhält. Es ist ein bisschen wie Autofahren – wenn man die Bremslichter vor sich sieht, verlangsamt man, bevor es chaotisch wird.
TCP verwendet dafür eine Technik, die als „Slow Start“ bezeichnet wird. Wenn eine Verbindung beginnt, startet TCP mit einer kleinen Menge an Daten, die ins Netzwerk gesendet werden. Mit jeder empfangenen Bestätigung kann es allmählich die Menge an gesendeten Daten erhöhen, wie beim Testen der Gewässer. Wenn es reibungslos ACKs erhält, kann es weiter steigern, bis es jenen Punkt der Überlastung findet, an dem die Dinge ins Stocken geraten oder verloren gehen.
Am anderen Ende des Spektrums, wenn Pakete verloren gehen, wird TCP eine Strategie namens additive Erhöhung/multiplikative Verringerung (AIMD) anwenden. Wenn Sie Paketverluste sehen, wird die Sendegeschwindigkeit erheblich reduziert, um die Überlastung schnell zu lindern. Aber sie kann wieder steigen: Für jede erfolgreich empfangene Bestätigung erhöht sie sich schrittweise. Dieser Balanceakt ist entscheidend, da er sicherstellt, dass Ihre Daten die beste Chance haben, effizient über manchmal raue Strecken zu reisen.
Um noch etwas mehr Terminologie einzuführen, gibt es auch das Konzept des „Congestion Window“. Dies ist eine TCP-Zustandsvariable, die bestimmt, wie viele Daten gesendet werden können, bevor eine Bestätigung erforderlich ist. Sie passt sich sowohl an die Netzwerkbedingungen als auch daran an, wie gut die Pakete empfangen werden. Wenn das Fenster weiter öffnet (wenn ACKs ohne Probleme eintreffen), kann TCP mehr Daten senden, aber wenn es wegen verlorener Pakete geschlossen ist, verlangsamen sich die Dinge.
Was wir also haben, ist ein System, das ständig abwägt, wie es weitergeht – es ist reflexiv. Ob durch Timeouts, ACKs, mehrere doppelte Bestätigungen oder Stausignale, TCP bleibt hartnäckig dabei, sicherzustellen, dass es Ihre Daten von Punkt A nach Punkt B ohne viel Aufwand und idealerweise, ohne dass Sie überhaupt bemerken, dass ein Problem besteht, transportiert.
Diese Fähigkeit, Datenverlust und Retransmissionen zu bewältigen, ist der Grund, warum TCP so weit verbreitet ist, insbesondere für Anwendungen, die eine hohe Datenintegrität erfordern – wie das Surfen im Internet oder Dateiübertragungen. Ich meine, Sie möchten definitiv keine Teile der Fotodatei verlieren, die Sie herunterladen, oder die Hälfte eines Dokuments, das Sie gerade geschickt haben.
Insgesamt ist TCPs Ansatz zur Handhabung von Retransmissionen eine fantastische Mischung aus Automatisierung und reaktiven Maßnahmen. Es ist wie ein wirklich aufmerksamer Freund, der weiß, wann er Sie anstoßen und daran erinnern sollte, dass etwas fehlt, aber auch weiß, wann er Sie aufmuntern und sagen kann: "Hey, wir schaffen das!" Es ist eine elegante Lösung für ein ziemlich kompliziertes Problem. Ich finde es erstaunlich, wie eine so grundlegende Technologie im Hintergrund unermüdlich arbeitet und sicherstellt, dass unsere digitalen Interaktionen reibungslos und zuverlässig sind.
