Institut für Kommunikationsnetze und Rechnersysteme - Universität ...

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einem Datenstrom zusammengefügt, der über eine entsprechende Schnittstelle von der zugehörigen
Anwendung entgegengenommen wird. In beiden Kommunikationsendpunkten sind
dabei jeweils zwei Puffer für die zu sendenden Daten sowie für die empfangenen Pakete erforderlich,
die – zusammen mit anderen verbindungsspezifischen Informationen – mittels separater
Datenstrukturen für jede Verbindung vom Betriebssystem verwaltet werden.
Eine der wichtigsten Funktionen von TCP ist die Gewährleistung einer gesicherten Übertragung.
Dies geschieht einerseits mit Hilfe einer Prüfsumme im PDU-Kopf, die sich sowohl auf
die TCP-Steuerdaten als auch auf die Nutzdaten sowie Teile des IP-Paketkopfes erstreckt. Darüber
hinaus findet eine Reihenfolgesicherung statt, die mit Hilfe von Sequenznummern, Bestätigungen
(acknowledgements) und einer senderseitigen Zeitüberwachung realisiert wird.
Bestätigungspakete enthalten jeweils die nächste vom Empfänger erwartete Sequenznummer,
womit gleichzeitig eine Empfangsbestätigung für alle kleineren Sequenznummern verbunden
ist (kumulative Quittierung). Im Fall einer bidirektionalen Kommunikation können Quittungen
auch zusammen mit Nutzdaten in der Gegenrichtung gesendet werden. Die Zeitüberwachung
sorgt dafür, dass Segmente spätestens dann wiederholt werden, wenn nach einer gewissen Zeitspanne
noch keine Bestätigung eingetroffen ist. Die Zeitspanne wird dabei mit Hilfe von Messungen
der Umlaufzeit (round trip time, RTT) zwischen dem Senden von Daten und dem Empfang
der entsprechenden Quittung laufend angepasst.
Neben der Reihenfolgesicherung gehört die Flusssteuerung zu den Aufgaben von TCP. Dies
bedeutet zunächst, dass ein Überlaufen des Empfangspuffers (z. B. verursacht durch eine
Anwendung auf der Empfangsseite, die im Puffer anstehende Daten nur mit einer geringen
Rate auslesen und verarbeiten kann) verhindert werden muss. Dazu wird ein Fenstermechanismus
(sliding window) eingesetzt, bei dem der Kommunikationspartner zusammen mit den
Bestätigungen die aktuelle Größe des Empfangsfensters (receiver advertised window, RWnd)
mitteilt. Diese gibt die Differenz von Puffergröße und der Menge von Daten an, die zwar bestätigt,
aber noch nicht aus dem Empfangspuffer ausgelesen worden sind. Für die gegenüber liegende
Senderseite bedeutet dies, dass das Volumen von gesendeten, aber noch nicht bestätigten
Paketen den zuletzt mitgeteilten Wert des RWnd nicht überschreiten darf, d. h. das Sendefenster
wird durch die Größe des RWnd begrenzt. Zu beachten ist, dass dies im Fall einer großen
RTT auch bei verzögerungsfreiem Auslesen des Empfangspuffers zu einer Begrenzung der
Senderate führen kann.
Die Flusssteuerung verhindert jedoch nicht nur das Überlaufen des Empfangspuffers, sondern
umfasst auch Mechanismen, die auf eine Vermeidung von Überlast im Netz abzielen. Diese
Mechanismen, die auch als Überlaststeuerung (congestion control) bezeichnet werden, sorgen
insbesondere dafür, dass die Senderate an die momentane Lastsituation im Netz angepasst wird
[5, 107, 142]. Realisiert wird dies dadurch, dass das Sendefenster nicht nur durch die Größe
des RWnd, sondern auch durch den aktuellen Wert des Überlastfensters (congestion window,