TCP เทียบกับ UDP: ไขข้อข้องใจระหว่างความน่าเชื่อถือกับประสิทธิภาพ

วันนี้เราจะเริ่มด้วยการเน้นที่ TCP ก่อนหน้านี้ในบทเกี่ยวกับการแบ่งเลเยอร์ เราได้กล่าวถึงประเด็นสำคัญอย่างหนึ่งแล้ว ในเลเยอร์เครือข่ายและเลเยอร์ด้านล่าง จะเกี่ยวกับการเชื่อมต่อระหว่างโฮสต์มากกว่า ซึ่งหมายความว่าคอมพิวเตอร์ของคุณจำเป็นต้องทราบว่าคอมพิวเตอร์อีกเครื่องอยู่ที่ใดจึงจะเชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์เครื่องนั้นได้ อย่างไรก็ตาม การสื่อสารในเครือข่ายมักจะเป็นการสื่อสารระหว่างกระบวนการมากกว่าการสื่อสารระหว่างเครื่องจักร ดังนั้น โปรโตคอล TCP จึงได้แนะนำแนวคิดของพอร์ต พอร์ตอาจถูกครอบครองโดยกระบวนการเดียวเท่านั้น ซึ่งให้การสื่อสารโดยตรงระหว่างกระบวนการแอปพลิเคชันที่ทำงานบนโฮสต์ที่แตกต่างกัน

หน้าที่ของเลเยอร์การขนส่งคือการให้บริการการสื่อสารโดยตรงระหว่างกระบวนการแอปพลิเคชันที่ทำงานบนโฮสต์ที่แตกต่างกัน ดังนั้นจึงเรียกอีกอย่างหนึ่งว่าโปรโตคอลแบบ end-to-end เลเยอร์การขนส่งจะซ่อนรายละเอียดหลักของเครือข่าย ทำให้กระบวนการแอปพลิเคชันมองเห็นว่ามีช่องทางการสื่อสารแบบ end-to-end ที่เป็นตรรกะระหว่างเอนทิตีทั้งสองของเลเยอร์การขนส่งหรือไม่

TCP ย่อมาจาก Transmission Control Protocol และเป็นที่รู้จักในชื่อโปรโตคอลที่มุ่งเน้นการเชื่อมต่อ ซึ่งหมายความว่า ก่อนที่แอปพลิเคชันหนึ่งจะเริ่มส่งข้อมูลไปยังอีกแอปพลิเคชันหนึ่ง กระบวนการทั้งสองจะต้องทำการจับมือกัน จับมือกันเป็นกระบวนการที่เชื่อมต่อกันอย่างมีตรรกะ ซึ่งรับรองการส่งที่เชื่อถือได้และการรับข้อมูลอย่างเป็นระเบียบ ในระหว่างจับมือกัน การเชื่อมต่อจะถูกสร้างขึ้นระหว่างโฮสต์ต้นทางและปลายทางโดยการแลกเปลี่ยนชุดแพ็คเก็ตควบคุมและตกลงกันเกี่ยวกับพารามิเตอร์และกฎบางอย่างเพื่อให้แน่ใจว่าการส่งข้อมูลจะประสบความสำเร็จ

TCP คืออะไร? (มายลิงค์กิ้งแตะเครือข่ายและนายหน้าแพ็กเก็ตเครือข่ายสามารถประมวลผลทั้งแพ็คเก็ต TCP หรือ UDP ได้)
TCP (Transmission Control Protocol) เป็นโปรโตคอลการสื่อสารชั้นการขนส่งแบบเชื่อมต่อแบบไบต์สตรีมที่เชื่อถือได้

เน้นการเชื่อมต่อ:แบบมุ่งเน้นการเชื่อมต่อหมายถึงการสื่อสารของ TCP เป็นแบบหนึ่งต่อหนึ่ง นั่นคือ การสื่อสารแบบจุดต่อจุดแบบครบวงจร ซึ่งแตกต่างจาก UDP ซึ่งสามารถส่งข้อความไปยังโฮสต์หลายโฮสต์ในเวลาเดียวกัน ดังนั้นจึงไม่สามารถทำการสื่อสารแบบหนึ่งต่อหลายได้
เชื่อถือได้ความน่าเชื่อถือของ TCP รับประกันว่าแพ็กเก็ตจะถูกส่งไปยังผู้รับอย่างน่าเชื่อถือโดยไม่คำนึงถึงการเปลี่ยนแปลงในลิงก์เครือข่าย ซึ่งทำให้รูปแบบแพ็กเก็ตโปรโตคอลของ TCP ซับซ้อนกว่าของ UDP
ตามสตรีมไบต์ลักษณะที่ใช้พื้นฐานแบบไบต์สตรีมของ TCP ช่วยให้สามารถส่งข้อความได้ทุกขนาดและรับประกันลำดับของข้อความ แม้ว่าข้อความก่อนหน้านี้จะไม่ได้รับอย่างสมบูรณ์ หรือแม้ว่าจะได้รับไบต์ในลำดับถัดมาแล้ว TCP ก็จะไม่ส่งข้อความเหล่านั้นไปยังเลเยอร์แอปพลิเคชันเพื่อประมวลผล และจะทิ้งแพ็คเก็ตที่ซ้ำกันโดยอัตโนมัติ
เมื่อโฮสต์ A และโฮสต์ B สร้างการเชื่อมต่อแล้ว แอปพลิเคชันจะต้องใช้เพียงสายการสื่อสารเสมือนในการส่งและรับข้อมูล เพื่อให้แน่ใจว่าข้อมูลจะถูกส่งต่อไป โปรโตคอล TCP มีหน้าที่ควบคุมงานต่างๆ เช่น การสร้างการเชื่อมต่อ การตัดการเชื่อมต่อ และการยึดการเชื่อมต่อ โปรดทราบว่าในที่นี้ สายเสมือนหมายถึงการสร้างการเชื่อมต่อเท่านั้น การเชื่อมต่อโปรโตคอล TCP บ่งชี้ว่าทั้งสองฝ่ายสามารถเริ่มการส่งข้อมูลได้เท่านั้น และเพื่อรับประกันความน่าเชื่อถือของข้อมูล โหนดการกำหนดเส้นทางและการขนส่งได้รับการจัดการโดยอุปกรณ์เครือข่าย โปรโตคอล TCP เองไม่ได้เกี่ยวข้องกับรายละเอียดเหล่านี้

การเชื่อมต่อ TCP เป็นบริการแบบฟูลดูเพล็กซ์ ซึ่งหมายความว่าโฮสต์ A และโฮสต์ B สามารถส่งข้อมูลได้ทั้งสองทิศทางในการเชื่อมต่อ TCP กล่าวคือ ข้อมูลสามารถถ่ายโอนระหว่างโฮสต์ A และโฮสต์ B ได้ในกระแสข้อมูลแบบสองทิศทาง

TCP จะเก็บข้อมูลชั่วคราวในบัฟเฟอร์ส่งของการเชื่อมต่อ บัฟเฟอร์ส่งนี้เป็นหนึ่งในแคชที่ตั้งค่าไว้ระหว่างการจับมือสามทาง จากนั้น TCP จะส่งข้อมูลในแคชส่งไปยังแคชรับของโฮสต์ปลายทางในเวลาที่เหมาะสม ในทางปฏิบัติ แต่ละเพียร์จะมีแคชส่งและแคชรับ ดังที่แสดงไว้ที่นี่:

บัฟเฟอร์การส่งเป็นพื้นที่หน่วยความจำที่รักษาไว้โดยการใช้งาน TCP บนฝั่งผู้ส่ง ซึ่งใช้เพื่อเก็บข้อมูลชั่วคราวที่จะส่ง เมื่อทำการแฮนด์เชคสามทางเพื่อสร้างการเชื่อมต่อ แคชการส่งจะถูกตั้งค่าและใช้ในการจัดเก็บข้อมูล บัฟเฟอร์การส่งจะถูกปรับแบบไดนามิกตามความแออัดของเครือข่ายและข้อเสนอแนะจากผู้รับ

บัฟเฟอร์รับข้อมูลคือพื้นที่หน่วยความจำที่รักษาไว้โดยการใช้งาน TCP บนฝั่งรับข้อมูล ซึ่งใช้เพื่อจัดเก็บข้อมูลที่ได้รับชั่วคราว TCP จะจัดเก็บข้อมูลที่ได้รับในแคชรับข้อมูล และรอให้แอปพลิเคชันระดับสูงอ่านข้อมูลดังกล่าว

โปรดทราบว่าขนาดของแคชการส่งและแคชการรับนั้นมีจำกัด เมื่อแคชเต็ม TCP อาจนำกลยุทธ์บางอย่างมาใช้ เช่น การควบคุมความแออัด การควบคุมการไหล ฯลฯ เพื่อให้แน่ใจว่ามีการส่งข้อมูลที่เชื่อถือได้และมีเสถียรภาพของเครือข่าย

ในเครือข่ายคอมพิวเตอร์ การส่งข้อมูลระหว่างโฮสต์จะดำเนินการโดยใช้เซกเมนต์ แล้วเซกเมนต์แพ็กเก็ตคืออะไร?

TCP สร้างเซ็กเมนต์ TCP หรือเซ็กเมนต์ของแพ็กเก็ต โดยแบ่งสตรีมขาเข้าเป็นชิ้นๆ และเพิ่มส่วนหัวของ TCP ลงในแต่ละชิ้น แต่ละเซ็กเมนต์สามารถส่งได้เพียงช่วงเวลาจำกัดเท่านั้น และไม่สามารถเกินขนาดเซ็กเมนต์สูงสุด (MSS) ได้ เมื่อเซ็กเมนต์แพ็กเก็ตถูกส่งลงมา เซ็กเมนต์แพ็กเก็ตจะผ่านชั้นลิงก์ เลเยอร์ลิงก์มีหน่วยส่งข้อมูลสูงสุด (MTU) ซึ่งเป็นขนาดแพ็กเก็ตสูงสุดที่สามารถผ่านชั้นลิงก์ข้อมูลได้ หน่วยส่งข้อมูลสูงสุดมักจะเกี่ยวข้องกับอินเทอร์เฟซการสื่อสาร

แล้ว MSS กับ MTU ต่างกันยังไง?

ในเครือข่ายคอมพิวเตอร์ สถาปัตยกรรมแบบลำดับชั้นมีความสำคัญมาก เนื่องจากสถาปัตยกรรมดังกล่าวคำนึงถึงความแตกต่างระหว่างระดับต่างๆ โดยแต่ละชั้นจะมีชื่อเรียกที่แตกต่างกัน ในชั้นการขนส่ง ข้อมูลจะเรียกว่าเซกเมนต์ และในชั้นเครือข่าย ข้อมูลจะเรียกว่าแพ็กเก็ต IP ดังนั้น หน่วยการส่งข้อมูลสูงสุด (MTU) จึงอาจถือได้ว่าเป็นขนาดแพ็กเก็ต IP สูงสุดที่ชั้นเครือข่ายสามารถส่งได้ ในขณะที่ขนาดเซกเมนต์สูงสุด (MSS) เป็นแนวคิดของชั้นการขนส่งซึ่งหมายถึงปริมาณข้อมูลสูงสุดที่แพ็กเก็ต TCP สามารถส่งได้ในแต่ละครั้ง

โปรดทราบว่าเมื่อขนาดเซกเมนต์สูงสุด (MSS) มีขนาดใหญ่กว่าหน่วยส่งข้อมูลสูงสุด (MTU) การแบ่งข้อมูล IP จะดำเนินการที่เลเยอร์เครือข่าย และ TCP จะไม่แบ่งข้อมูลขนาดใหญ่เป็นกลุ่มข้อมูลที่เหมาะสมกับขนาด MTU จะมีส่วนหนึ่งในเลเยอร์เครือข่ายที่อุทิศให้กับเลเยอร์ IP