Протоколы транспортного уровня

Содержание 
 

     Введение                                                                                                      3

     1. Протокол доставки пользовательских дейтаграмм UDP                    5

     1.1 Зарезервированные и доступные UDP-порты                                    5

     1.2  Мультиплексирование и демультиплексирование запросов протоколом UDP                                                                                                   6

     1.3 Формат сообщений UDP                                                                      6

     1.4 Контрольное суммирование                                                                7

     2. Протокол надежной доставки сообщений TCP                                   9

     2.1 Формат сообщений TCP                                                                       9

     2.2 Порты и установление TCP-соединений                                            11

     2.3 Концепция квитирования                                                                     12

     2.4 Реализация скользящего окна в протоколе TCP                                13

     2.5 Выбор тайм-аута                                                                                   14

     Заключение                                                                                                  15

     Список  использованной литературы                                                         16                                     
 
 
 
 
 

       
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     ВВЕДЕНИЕ 
 

     Приложение, работающее с Интернет, как правило, общается с одним из протоколов транспортного уровня TCP/IP: протоколом управления транспортировкой (TCP) или протоколом пользовательских датаграмм (UDP). Приложение строит свою работу на взаимодействии с одним из этих протоколов.

       Приложения Интернет, например программа  ftp, передающая файлы по сети, обычно использует TCP, так как он предлагает надежную потокоориентированную службу доставки. Приложения типа электронной почты часто пользуются TCP по той же самой причине. Не требующие особой надежности приложения типа tftp (протокол простой передачи файлов, trivial file transfer protocol) используют UDP. Приложения на основе протокола времени (time protocol), связывающиеся с серверами времени Интернет, могут пользоваться как тем, так и другим протоколом. Прочтя эту главу, вы будете точно знать, в каком случае может потребоваться TCP, а в каком — UDP.

       Конечная цель сетевого взаимодействия  заключается в передаче информации  между приложением-клиентом и  приложением-сервером. Понимание транспортных  протоколов и транспортного уровня совершенно необходимо для эффективного проектирования приложений типа клиент-сервер. Закончив чтение данной главы, вы овладеете следующими понятиями и концепциями:

       ·                   Как транспортный протокол использует  порт протокола для связи с  программой-приложением .

       ·                   Назначение полей данных в  заголовке UDP.

       ·                   Как TCP обеспечивает надежную  доставку данных.

       ·                   Как TCP использует скользящее  окно для увеличения пропускной  способности сети.

       ·                   Как модули TCP устанавливают и заканчивают соединение.

       ·                   Как TCP использует сообщения-подтверждения. 

       ·                   Назначение полей данных в  заголовке TCP.  

       Что такое транспортный уровень? 

       На первый взгляд кажется, что IP, служба доставки Интернет, и транспортные протоколы выполняют одинаковые функции. На самом деле IP модуль доставляет данные только между двумя компьютерами. Транспортный уровень и его протоколы передают данные между приложениями.

       Во многих случаях ответственность транспортных протоколов за передаваемые данные такая же, как и у протокола Интернет. И вообще, большинство из того, что вы узнали относительно IP-датаграммы и IP-заголовка, в полной мере применимо и к транспортным протоколам. Вы знаете, что TCP/IP включает два транспортных протокола: протокол управления транспортировкой (собственно, транспортный протокол, TCP) и протокол пользовательских датаграмм (UDP). Ориентированный на соединение протокол управления транспортировкой для приема и передачи данных использует надежный поточно-байтовый способ доставки. Сетевое соединение устанавливается в виде виртуальной цепи. Протокол пользовательских датаграмм ненадежен, не ориентирован на соединение, передает и принимает данные при помощи датаграмм.

       Что такое порт транспортного  уровня?

       Понятие «порте» в терминологии TCP/IP очень похоже на IP-адрес компьютера. Только порт обозначает приложение, а IP-адрес — определенный компьютер  (вернее, его сетевой интерфейс). Так же как IP-датаграммы содержат адреса источника и получателя данных, транспортные протоколы хранят номера портов источника и получателя. Если вышесказанное кажется вам несколько странным, давайте рассмотрим, что нам известно об аппаратных портах нашего персонального компьютера. Может быть, вам приходилось писать программу, посылающую данные на порт компьютера. Если нет, то вспомним процесс печати через параллельный или последовательный порт. Если вам приходилось пользоваться

       модемом, концепция портов TCP/IP должна  показаться вам еще более знакомой.

     Примечание: В случае модема, компьютер принимает  и посылает данные через последовательный порт. В случае принтера, данные обыкновенно  только посылаются.

       Порты персональных компьютеров  имеют название и номер. Параллельные  порты компьютера называются LPT1 и LPT2. Последовательные — СОМ1 и COM2. В сети Интернет номера портов протоколов только нумеруются. Параллельный порт LPT1 персональных компьютеров годами использовался для печати данных. Тысячи программных продуктов знают, что печатать надо через LPT1. Точно так же порт протокола Интернет ассоциируется со вполне определенным приложением или функцией. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     1. Протокол доставки пользовательских дейтаграмм UDP 
 

       Протокол UDP является одним из  двух основных протоколов транспортного уровня, расположенных непосредственно над IP. Он предоставляет прикладным процессам транспортные услуги, которые не многим отличаются от услуг, предоставляемых протоколом IP. Протокол UDP обеспечивает ненадежную доставку датаграмм и не поддерживает соединений из конца в конец. Другими словами, его пакеты могут быть потеряны, продублированы или прийти не в том порядке, в котором они были отправлены. К заголовку IP-пакета он добавляет два поля, одно из которых, поле "порт", обеспечивает мультиплексирование информации между разными прикладными процессами, а другое поле - "контрольная сумма" - позволяет поддерживать целостность данных. Примерами сетевых приложений, использующих UDP, являются NFS и SNMP. 

     1.1 Зарезервированные и доступные UDP-порты 

       В то время, как задачей сетевого уровня является передача данных между произвольными узлами сети, задача транспортного уровня заключается в передаче данных между любыми прикладными процессами, выполняющимися на любых узлах сети. Действительно, после того, как пакет средствами протокола IP доставлен в компьютер-получатель, данные необходимо направить конкретному процессу-получателю. Каждый компьютер может выполнять несколько процессов, более того, прикладной процесс тоже может иметь несколько точек входа, выступающих в качестве адреса назначения для пакетов данных.

       Пакеты, поступающие на транспортный  уровень, организуются операционной  системой в виде множества  очередей к точкам входа различных  прикладных процессов. В терминологии TCP/IP такие системные очереди называются портами. Прикладной процесс, предоставляющий некоторые услуги другим прикладным процессам (сервер), ожидает поступления сообщений в порт, специально выделенный для этих услуг. Сообщения отправляются процессами-клиентами и должны содержать запросы на предоставление услуг. Порты нумеруются, начиная с нуля. Например, сервер SNMP всегда ожидает поступлений сообщений в порт 161. Если клиент SNMP желает получить услугу, он посылает запрос в UDP-порт 161 на машину, где работает сервер. В каждом узле может быть только один сервер SNMP, так как существует только один UDP-порт 161. Данный номер порта является общеизвестным, то есть фиксированным номером, официально выделенным для услуг SNMP. Таким образом, адресом назначения, который используется на транспортном уровне, является идентификатор (номер) порта прикладного сервиса. Номер порта, задаваемый транспортным уровнем, в совокупности с номером сети и номером компьютера, задаваемыми сетевым уровнем, однозначно определяют прикладной процесс в сети.

       Назначение номеров портов прикладным процессам осуществляется либо централизовано, если эти процессы представляют собой популярные общедоступные сервисы, типа сервиса удаленного доступа к файлам TFTP (Trivial FTP) или сервиса удаленного управления telnet, либо локально для тех сервисов, которые еще не стали столь распространенными, чтобы за ними закреплять стандартные (зарезервированные) номера.

       Централизованное присвоение сервисам  номеров портов выполняется организацией Internet Assigned Numbers Authority. Эти номера затем закрепляются и опубликовываются в стандартах Internet. Например, упомянутому выше сервису удаленного доступа к файлам TFTP присвоен стандартный номер порта 69.

       Локальное присвоение номера  порта заключается в том, что  разработчик некоторого приложения просто связывает с ним любой доступный, произвольно выбранный числовой идентификатор, обращая внимание на то, чтобы он не входил в число зарезервированных номеров портов. В дальнейшем все удаленные запросы к данному приложению от других приложений должны адресоваться с указанием назначенного ему номера порта. 

     1.2 Мультиплексирование и демультиплексирование запросов протоколом UDP 

       Протокол UDP ведет для каждого  порта две очереди: очередь  пакетов, поступающих в данный  порт из сети, и очередь пакетов, отправляемых данным портом в сеть.

       Процедура обслуживания протоколом UDP запросов, поступающих от нескольких  различных прикладных сервисов, называется мультиплексированием.

       Распределение протоколом UDP поступающих  от сетевого уровня пакетов  между набором высокоуровневых сервисов, идентифицированных номерами портов, называется демультиплексированием. 

     1.3 Формат сообщений UDP 

       Единица данных протокола UDP называется UDP-пакетом или пользовательской  дейтаграммой. UDP-пакет состоит из  заголовка и поля данных, в котором размещается пакет прикладного уровня. Заголовок имеет простой формат и состоит из четырех двухбайтовых полей:

     Поле source port - номер порта процесса-отправителя.

     Поле destination port - номер порта процесса-получателя.

     Поле message length - длина UDP-пакета в байтах.

     Поле checksum - контрольная сумма UDP-пакета.

       Не все поля UDP-пакета обязательно  должны быть заполнены. Например, если посылаемая дейтаграмма  не предполагает ответа, то на  месте адреса отправителя могут  помещаться нули.  

     1.4 Контрольное суммирование 

       Когда модуль UDP получает датаграмму  от модуля IP, он проверяет контрольную  сумму, содержащуюся в ее заголовке.  Если контрольная сумма равна  нулю, то это означает, что отправитель  датаграммы ее не подсчитывал,  и, следовательно, ее нужно игнорировать. Если два модуля UDP взаимодействуют только через одну сеть Ethernet, то от контрольного суммирования можно отказаться, так как средства Ethernet обеспечивают достаточную степень надежности обнаружения ошибок передачи. Это снижает накладные расходы, связанные с работой UDP. Однако рекомендуется всегда выполнять контрольное суммирование, так как возможно в какой-то момент изменения в таблице маршрутов приведут к тому, что датаграммы будут посылаться через менее надежную среду.