Транспортный уровень Хабаровск, 2014

Содержание ТРАНСПОРТНЫЙ УРОВЕНЬ МОДЕЛИ OSI ТРАНСПОРТНЫЙ УРОВЕНЬ В ИНТЕРНЕТЕ ПРОТОКОЛ UDP ПРОТОКОЛ TCP Список используемой литературы

Модель OSI

Транспортный уровень Транспортный уровень, расположенный между прикладным и сетевым уровнями коммуникационной модели, играет ключевую роль в архитектуре Интернета. На данном уровне решается одна из наиболее фундаментальных проблем компьютерных сетей надежная передача по линии связи, допускающая искажения и потери данных.

Обеспечение логического соединения между процессами

Протоколы транспортного уровня Протокол UDP (User Datagram Protocol протокол пользователь­ских дейтаграмм) предоставляет приложениям службу ненадежной передачи данных без установления логического соединения. Протокол TCP (Transmission Control Protocol протокол управления передачей), напротив, предоставляет службу на­дежной передачи данных с установлением логического соединения. Создавая новое приложение, разработчик должен выбрать один из двух протоколов транспортного уровня для своего продукта.

Задача транспортного уровня Основной задачей UDP и TCP является обеспечение обмена данными между процессами, выполняющимися на оконеч­ных системах, при помощи службы обмена данными между оконечными системами, предоставляемой протоколом сетевого уровня. Такое «продолжение» соединения между оконечными системами до уровня процессов называется мультиплексированием и демультиплексированием на транспортном уровне. Протоколы UDP и TCP также обеспечивают отсутствие искажений данных при передаче, включая в свои заголовки поля обнаружения ошибок.

Протокол UDP Протокол UDP, описанный в документе RFC 768, выполняет минимум действий, необходимых для протокола транспортного уровня. Фактически функции UDP сводятся к операциям мультиплексирования и демультиплексирования, а также несложной проверке наличия ошибок в данных. Таким образом, при использовании UDP приложение почти напрямую взаимодействует с протоколом сетевого уровня IP.

Cведения о протоколах прикладного и транспортного уровней, используемых популярными Интернет-приложениями Приложеие Прикладной протокол Транспортный протокол Электронная почтаSMTPTCP Доступ с удаленного терминалаTelnetTCP WebHTTPTCP Передача файловFTPTCP Удаленный файловый серверNFSTCP или UDP Потоковое мультимедиа НестандартныйTCP или UDP Интернет-телефония НестандартныйКак правило, UDP Сетевое администрированиеSNMPКак правило, UDP Протокол маршрутизацииRIPКак правило UDP Трансляция именDNSКак правило UDP

Формат дейтаграммы протокола UDP

Контрольная сумма UDP сегмента Контрольная сумма UDP-сегмента предназначена для обнаружения ошибок, то есть определения, были ли какие-либо биты сегмента искажены в процессе передачи (например, в результате помех на линии связи или промежуточ­ного хранения в маршрутизаторе).

Протокол TCP Протокол TCP обеспечивает сквозную доставку данных между прикладными процессами, запущенными на узлах, взаимодействующих по сети. Стандартное описание TCP содержится в RFC-793.

Базовая передача данных Модуль TCP выполняет передачу непрерывных потоков данных между своими клиентами в обоих направлениях. Клиентами TCP являются прикладные процессы, вызывающие модуль TCP при необходимости получить или отправить данные процессу-клиенту на другом узле. Протокол TCP рассматривает данные клиента как непрерывный не интерпретируемый поток октетов. TCP разделяет этот поток на части для пересылки на другой узел в TCP-сегментах некоторого размера. Для отправки или получения сегмента модуль TCP вызывает модуль IP.

Обеспечение достоверности Модуль TCP обеспечивает защиту от повреждения, потери, дублирования и нарушения очередности получения данных. Для выполнения этих задач все октеты в потоке данных сквозным образом пронумерованы в возрастающем порядке. Заголовок каждого сегмента содержит число октетов данных в сегменте и порядковый номер первого октета той части потока данных, которая пересылается в данном сегменте. Также для каждого сегмента вычисляется контрольная сумма, позволяющая обнаружить повреждение данных.

Разделение каналов Протокол TCP обеспечивает работу одновременно нескольких соединений. Каждый прикладной процесс идентифицируется номером порта. Заголовок TCP-сегмента содержит номера портов процесса-отправителя и процесса-получателя. При получении сегмента модуль TCP анализирует номер порта получателя и отправляет данные соответствующему прикладному процессу. Все распространенные сервисы Интернет имеют стандартизованные номера портов. Совокупность IP-адреса и номера порта называется сокетом. Сокет уникально идентифицирует прикладной процесс в Интернет.

Управление соединениями Соединение - это совокупность информации о состоянии потока данных, включающая сокеты, номера посланных, принятых и подтвержденных октетов, размеры окон. Каждое соединение уникально идентифицируется в Интернет парой сокетов. Соединение характеризуется для клиента именем, которое является указателем на структуру TCB (Transmission Control Block), содержащую информацию о соединении. Открытие соединения клиентом осуществляется вызовом функции OPEN, которой передается сокет, с которым требуется установить соединение. Функция возвращает имя соединения. Различают два типа открытия соединения: активное и пассивное.

Установка соединения по TCP

Управление потоком Для ускорения и оптимизации процесса передачи больших объемов данных протокол TCP определяет метод управления потоком, называемый методом скользящего окна, который позволяет отправителю посылать очередной сегмент, не дожидаясь подтверждения о получении в пункте назначения предшествующего сегмента. Протокол TCP формирует подтверждения не для каждого конкретного успешно полученного пакета, а для всех данных от начала посылки до некоторого порядкового номера ACK SN (Acknowledge Sequence Number) исключительно.

Метод скользящего окна

Формат дейтаграммы TCP Заголовок TCP сегмента содержит 20-байтную фиксированную часть и опциональную часть переменной длины

Процедура установления TCP соединения

Действия по установке соединения Хост А отправляет хосту Б запрос соединения посредством установки флага SYN и инициализирует значение начального номера нумерующей последовательности (Seq_no = m). Хост Б отвечает на этот запрос установкой флага ACK и определяет поле «Порядковый номер подтверждения» значением на единицу большим m (Ack_no = m+1); одновременно, хост Б в своем ответе А отправляет запрос соединения (SYN) и также инициализирует значение начального номера своей нумерующей последовательности (Seq_no = k). Хост А отвечает на запрос соединения от хоста Б установкой флага ACK и подтверждением ожидания следующего байта данных с порядковым номером k+1 (Ack_no = k+1); при этом, значение поля «Порядковый номер сегмента» устанавливается в значение m+1 (Seq_no = m+1).

Фаза передачи данных Предоставление приложениям сервиса надежной доставки данных в протоколе ТСР обеспечивается использованием алгоритма ARQ с выборочным повторением и механизма скользящего окна. При этом, особенностью протокола ТСР является реализация скользящего окна не на уровне сегментов, а на уровне байтов. Протокол также обеспечивает управление потоком в фазе передачи данных посредством регулирования величины объявляемого окна и величины окна передачи.

Передача данных по TCP соединению

Ликвидация соединения Протокол ТСР реализует процедуру поэтапной ликвидации соединения, предполагающую независимое его закрытие в обоих направлениях. Необходимость в закрытии соединения возникает, когда приложение сообщает своему модулю TCP об отсутствии у него данных для отправки. ТСР модуль завершает передачу данных, находящихся в его буфере, ожидает получения подтверждения об их успешном приеме и отправляет приемному модулю сегмент с установленным флагом FIN. Получив этот сегмент, приемный модуль информирует свое приложение о завершении поступления данных от передающего приложения, но продолжает отсылать данные (если они есть) в противоположном направлении. Получив подтверждение на отправленные данные, модуль ТСР отправляется сегмент FIN в противоположном направлении и, после получения на него подтверждения ACK, соединение считается ликвидированным.

Ликвидация TCP соединения

Web – серверы и TCP Как правило, для каждого нового соединения с клиентом сервер либо порождает новый процесс, либо создает поток выполнения в рамках существующего процес­са. Каждый из процессов имеет собственный сокет соединения, с помощью которого сервер обменивается данными с клиентом. Современные высокопроизводительные web-серверы зачастую используют единственный процесс, создающий потоки выполнения для соединений с клиентами, при этом каждый поток располагает собственным сокетом (поток выполнения можно рассматривать как упрощенный процесс в рамках «нормального» процесса).

Список литературы Куроуз Д.Ф., Росс К.В. Компьютерные сети, 2 е издание, - СПб.: Питер, 2004 г., с. Олифер В. Г., Олифер Н. А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы, - СПб.: Питер, 2006 г., с. Стивенс У.Р. UNIX: Разработка сетевых приложений, - СПб.:Питер, 2003 г., с. Шайдо П.И. Использование интерфейса сокетов, - Архангельск: 2001 г., - 20 с.