Transmission Control Protocol/Verbindungsabbau

Verbindungsabbau

• Der Verbindungsabbau kann beidseitig oder schrittweise einseitig erfolgen
• Der geregelte Verbindungsabbau erfolgt dem Verbindungsaufbau ähnlich
  1. Statt dem SYN-Bit kommt das FIN-Bit zum Einsatz, welches anzeigt, dass keine Daten mehr vom Sender kommen werden
  2. Der Erhalt des Pakets wird mit ACK bestätigt und der Empfänger des FIN-Pakets sendet zuletzt seinerseits ein FIN-Paket
  3. Dieses FIN-Paket wird ihm zuletzt bestätigt

• Ein verkürztes ist Verfahren möglich, bei dem FIN und ACK genau wie beim Verbindungsaufbau im selben Paket untergebracht werden

Verbindungsabbau

Abb. 4: TCP-Teardown

Der geregelte Verbindungsabbau erfolgt ähnlich

• Statt des SYN-Bit kommt das FIN-Bit (von engl. finish ‚Ende‘, ‚Abschluss‘) zum Einsatz, welches anzeigt, dass keine Daten mehr vom Sender kommen werden
• Der Erhalt des Pakets wird wiederum mittels ACK bestätigt
• Der Empfänger des FIN-Pakets sendet zuletzt seinerseits ein FIN-Paket, das ihm ebenfalls bestätigt wird

Zudem ist ein verkürztes Verfahren möglich, bei dem FIN und ACK genau wie beim Verbindungsaufbau im selben Paket untergebracht werden

• Die maximum segment lifetime (MSL) ist die maximale Zeit, die ein Segment im Netzwerk verbringen kann, bevor es verworfen wird
• Nach dem Senden des letzten ACKs wechselt der Client in einen zwei MSL andauernden Wartezustand (wait state), in dem alle verspäteten Segmente verworfen werden
• Dadurch wird sichergestellt, dass keine verspäteten Segmente fehlinterpretiert werden können als Teil einer neuen Verbindung, die zufällig den gleichen Port benutzt
• Außerdem wird eine korrekte Verbindungsterminierung sichergestellt
• Geht ACK y+1 verloren, läuft beim Server der Timer ab, und das LAST_ACK-Segment wird erneut übertragen

Abbau einer TCP-Verbindung

• Senden eines Segments mit FIN=1
• Bestätigung
• muss für beide Richtungen separat erfolgen

TCP-Verbindungsabbau

• durch zweimal half-close
• da die TCP-Verbindung bidirektional ist, können beide Richtungen getrennt voneinander beendet werden
• wer seine Senderolle beenden möchte, setzt das FIN Flag
• FIN „kostet“ ein Byte und wird daher durch ein ack(nowledgement) bestätigt
• der andere Teilnehmer kann weiter senden - jedoch sieht man fast immer das Verhalten, dass der andere Teilnehmer als Reaktion auch seine Senderolle beendet
• derjenige Teilnehmer, der zuerst seine Verbindung beendet, führt ein „active close“ (i.d.R
• der Client) durch, der Kommunikationspartner ein „passive close“ (i.d.R
• der Server)

2MSL Wait State

• derjenige Teilnehmer, der einen active close durchführt, muss nach Senden des ACKS die Verbindung für eine gewisse Zeit für das FIN des Kommunikationspartners offen halten
• Grund: das ack könnte verloren gehen und müsste dann erneut übertragen werden
• die „gewisse Zeit“ beträgt 2 maximal segment lifetimes (daher 2MSL wait state)
• implementiert wird eine MSL als 30 - 120 Sekunden
• während 2MSL Wait State kann daher die Port-Nummer noch nicht wieder für andere TCP-Verbindungen verwendet werden

TCP Reset

• ein Segment, bei dem das RST (reset) bit im TCP header gesetzt ist, terminiert die Verbindung in Form eines „abortive release“ (im Gegensatz zum „orderly release“ mit FIN):
• alle Daten, die beim Sender gepuffert waren, werden verworfen und das reset Segment wird sofort gesendet, die Verbindung ist damit aus Sicht des RST Senders sofort terminiert
• es können beim Reset Daten verloren gehen (das passiert beim Verbindungsabbau mit FIN nicht)
• der Emfänger eines RST Segmentes meldet dies der Anwendung und terminiert sofort
• es gibt prinzipiell zwei unterschiedliche Situationen, wann ein RST gesendet wird:
• wenn ein Port nicht belegt ist (connection refused)
• wenn eine bestehende Verbindung abgebrochen wird (connection reset by peer)

Ablehnung einer Verbindung

• Versuch eines Verbindungsaufbaus zu einem geschlossenen Port
• Beispiel TCP
• Beispiel UDP

Halb geschlossene Verbindungen

• Der Verbindungsabbau erfolgt schrittweise einseitig
• Erlaubt der Gegenseite nach der einseitigen Trennung noch Daten zu übertragen

Halb geschlossene Verbindungen

Der Verbindungsabbau kann auf zwei Arten erfolgen: beidseitig oder schrittweise einseitig

• Bei letzterer Variante spricht man von einer halb geschlossenen Verbindung (nicht zu verwechseln mit halb offenen Verbindungen, siehe unten)
• Sie erlaubt der Gegenseite nach der einseitigen Trennung noch Daten zu übertragen

Halb geschlossene Verbindungen sind ein Erbe des Betriebssystems Unix, in dessen Umfeld TCP entstanden ist

• Entsprechend dem Grundsatz everything is a file (dt. „Alles ist eine Datei“) unterstützt Unix bei TCP-Verbindungen eine zu Pipes völlig analoge Interaktion zweier Prozesse: für ein Programm soll es schlichtweg irrelevant sein, ob es von einer TCP-Verbindung oder einer Datei liest
• Ein Unix-Programm liest typischerweise bis zum Ende der Standardeingabe und schreibt anschließend das Verarbeitungsergebnis in die Standardausgabe
• Die Standard-Datenströme werden vor Ausführung des Programms mit Dateien verbunden

Die Hin- und Rückkanäle einer TCP-Verbindung werden mit Standardein- und -ausgabe verbunden und somit logisch als je eine Datei repräsentiert

• Eine geschlossene Verbindung wird dem lesenden Prozess als erreichtes Dateiende übersetzt
• Das angesprochene typische Unix-Verarbeitungsschema setzt voraus, dass die Verbindung in Rückrichtung nach dem Lesen des Dateiendes noch zum Schreiben bereitsteht, woraus der Bedarf für halb geschlossene Verbindungen resultiert

Halb offene Verbindungen

• wenn eine Seite abstürzt, ohne dass die verbleibende Seite dies erfährt
• Effekt: Betriebssystemressourcen werden nicht freigegeben
• Ursprung: TCP-Verbindungen von der Protokollseite bestehen, bis sie abgebaut werden

Halb offene Verbindungen

Eine Verbindung ist halb offen, wenn eine Seite abstürzt, ohne dass die verbleibende Seite dies erfährt

• Dies hat den unerwünschten Effekt, dass Betriebssystemressourcen nicht freigegeben werden
• Halb offene Verbindungen können entstehen, weil TCP-Verbindungen von Protokollseite solange bestehen, bis sie abgebaut werden
• Häufig werden jedoch von Anwendungsseite entsprechende Vorkehrungen getroffen