Лекція №10. Протокол транспортного рівня

Протокол TCP (стандартизований RFC 793). Протокол забезпечує надійне передавання пакетів, які називають сегментами, у вигляді бай­тових потоків зі встановленням логічного з'єднання. Протокол TCP діє між прикладними процесами та протоколом IP мережного рівня. Паке­ти, що надходять на транспортний рівень від прикладних процесів, за допомогою операційної системи утворюють велику кількість черг, які мають точку входу до транспортного рівня. Ці черги з точками входу називають портами прикладних процесів. Порт разом з номером мережі і номером вузла визначає прикладний процес у мережі. Такий набір па­раметрів має назву сокет (socket).

Визначенням портів прикладних процесів займається організація IANA (Internet Assigned Numbers Authority). Наприклад, порт 27 закріп­лено за службою електронної пошти (smtp), а 23 - за службою віддале­ного доступу (telnet).

Протокол TCP здійснює підтримку двох черг для кожного порту: черги пакетів, які надходять від мережі, та чергу пакетів, що надходять від прикладних процесів у мережу. Обслуговання запитів від приклад­них процесів називають мультиплексуванням даних, а зворотну про­цедуру, тобто надходження пакетів від мережного рівня та їх розподіл між прикладними - процесами демультиплексуванням даних. Порт у протоколі TCP відіграє роль адреси.

Сегмент TCP складається із заголовка та поля даних. Формат заголов­ка сегмента показано на рис. 6.4.4.

• Зміщення даних - чотирибітове поле, що містить довжину заго­ловка TCP сегмента, тобто вказує на початок поля даних.

• Резерв - це поле довжиною 6 біт, заповнюється нулями і призна­чене для подальшого розширення протоколу.

• Контрольні біти - поле довжиною 6 біт і, якщо кожний біт вста­новлений в 1, то вони мають такі значення:

• біт - URG - сегмент, що містить важливі дані;

• біт - ACK - сегмент, що містить правильні дані;

• біт - PSH - включена функція, яка дозволяє швидко передати сег­мент порту, якому він адресований, а також вказує на те, що попередні сегменти досягли адресата;

• біт - RST - вказівка на переустановлення логічного з'єднання, або відповідь на неправильно переданий сегмент;

• біт - SYN - вказує на те, що сегмент є запит на встановлення логіч­ного з'єднання;

• біт - FIN - вказує на те, що даних для передавання немає і сегмент є запит на закриття логічного з'єднання.

• Розмір вікна. Це 2 байтове поле, що вказує кількість байтів, які готовий прийняти одержувач інформації. За допомогою вікна реалізує­ться функція управління потоком даних. Чим більше вікно, тим більше даних можна передати в мережу, а якщо значення поля 0, то передаван­ня даних зупиняється. Таким чином, змінюючи розмір вікна, можна впливати на завантаження мережі.

• Контрольна сума. Поле довжиною 2 байти, що містить контроль­ну суму по полях заголовка сегмента, включаючи і так званий псевдо- заголовок. Псевдозаголовок має такі поля заголовка IP-пакета: адреси джерел і приймача, поле протокол та поле довжини IP-пакета. Додання псевдозаголовка дозволяє захистити TCP сегмент від помилкової інфор­мації, що може бути передана за допомогою ІР-пакета.

• Покажчик важливості. 2-байтове поле, яке містить значення, що вказує зміщення відносно номера байта в черзі, тобто вказує номер бай­та, що йде за важливими даними. Починаючи з цього моменту байти да­них мають загальний статус. Поле використовується разом з бітом URG. Процедурні характеристики протоколу TCP.

Встановлення та закриття з 'єднання. Для цієї процедури послідов­ність дій така:

• прикладний процес, що має дані для передавання, надсилає про­токолу TCP запит на відкриття порту для передавання;

• після відкриття порту робоча станція, на якій виконується прик­ладний процес, за допомогою TCP надсилає запит (зі встановленим бі­том SYN і початковим значенням номера у послідовності даних) на ро­бочу станцію, з якою встановлюється з'єднання;

• приймальна станція відкриває порт прикладного процесу для приймання даних і відсилає квитанцію, яка підтверджує прийом запиту (поле «Номер підтвердження» на одиницю більше ніж початковий но­мер у послідовності для передавання зі встановленим бітом АСК);

• приймальна станція також відкриває свій порт для передавання і відсилає запит на передавання станції, яка ініціювала процес (встанов­лений біт SYN та початковий номер у своїй послідовності даних);

• станція - ініціатор приймає запит, відкриває свій порт для при­ймання даних та повертає квитанцію.

Після цього етапу логічне з'єднання вважається встановленим і до­зволяється обмін інформацією між прикладними процесами. \ Процедура «ковзного вікна» (sliding window) - дозволяє виконувати управління потоком даних та полягає в тому, що кожна сторона, яка бере участь у сеансі обміну інформацією, може надіслати стільки бай­тів, скільки зазначено в полі «Розмір вікна» без їх підтвердження. Тобто, вікно яке передається з кожним сегментом визначає діапазон номерів черги, які готові прийняти відправник вікна. Цей механізм пов'язаний з наявністю місця у буферній пам'яті.

Надійність передавання забезпечується підтвердженнями (надіслан­ням квитанції) та нумерацією сегментів у черзі. Номер сегмента в черзі передається разом з сегментом. Сегменти також включають у себе номер підтвердження, який є номером для наступного сегмента. Якщо TCP пе­редає сегмент з даними, то його копія розміщується в черзі повторної передавання, при цьому включається таймер. Якщо підтвердження при­йшло для вже переданих даних, то цей сегмент виключається з черги по­вторної передачі. У випадку коли підтвердження не надійшло до закін­чення строку, який задається таймером, сегмент надсилають повторно. Такий механізм значно підвищує надійність передавання даних в мережі.

Механізм таймерів. Якщо сегмент приймається з помилками (непра­вильна контрольна сума) чи не приймається зовсім, то в цих ситуаціях біт ACK не формується і не відсилається. В цих випадках потрібне повторне передавання. Для прийняття рішення, коли слід здійснювати повторне пе­редавання сегмента вводять поняття таймера, який відноситься до кожно­го сегмента, що передається. Якщо час таймера закінчився до одержання біта АСК, то відправник сегмента повторює передавання. Час таймера ви­бирають трохи більшим, ніж час проходження сегмента до одержувача, та одержання підтвердження від нього. Цей час називають RTT (Round Trip Time). Є два способи задавання таймера повторного передавання:

• фіксований. У даному випадку використовують фіксоване зна­чення таймера, яке визначається за статистичними даними, що характе­ризують нормальну роботу розподіленої мережі. Такий метод не дозво­ляє швидко реагувати на зміни, які можуть виникнути в мережі;

• адаптований. Коли протокол TCP постійно відстежує час одер­жання підтвердження на сегмент, що відіслав та встановлює своє зна­чення таймера. Процедура визначення таймера в цьому випадку достат­ньо складна і описана у документі RFC 793.

Рис. 6.4.4. Формат заголовка TCP сегмента

Мінімальна довжина заголовка 20 байтів. Поля заголовка сегмента мають такі призначення:

• Порт відправника та порт одержувача довжиною 16 байт кожний.

• Номер у послідовності даних довжиною 32 біти, який визначає порядковий номер першого байта даних користувача.

• Номер підтвердження довжиною 32 байти. Поле, де вказується номер підтвердження на відправлений сегмент з даними, який очікує відправник.

Протокол TCP постійно удосконалюється. Так, він дороблений для використання у ATM технології, а також модернізований та адаптова­ний для використання в мережах швидкості передавання інформації, в яких складає Терабіт/с.

Протокол UDP (стандартизований RFC 768). Це датаграмний про­токол транспортного рівня, що не встановлює логічного з'єднання та не гарантує надійного передавання даних (можлива втрата пакетів, відсут­ні механізми повідомлення відправника про правильність чи хибність його прийому з боку одержувача). Довжина заголовка UDP-пакета складає 8 байтів, що значно менше ніж заголовок TCP-сегмента. До за­головка відносяться поля порту відправника та порту одержувача (по 2 байти), поле довжини повідомлення (2 байти) та контрольна сума (2 байти). Контрольна сума має структуру таку саму, як і TCP сегмент (обчислюється по полях заголовка UDP-пакета та полях псевдозаголов- ка). Робота UDP-протоколу після отримання датаграми від мережного рівня (IP-протоколу) полягає в тому, що в першу чергу перевіряється контрольна сума заголовка. Якщо вона не вірна, то пакет знищується. В іншому випадку відбувається аналіз порту в датаграмі і вона на­правляється в чергу цього порту. Якщо черга порту переповнена, то UDP-протокол знищує датаграму. Протокол UDP-обслуговує прикладні процеси, які не чутливі до втрат інформації.

Поиск по сайту: