Capas de Transporte del modelo OSI y del Modelo TCP/IP Servicios y Protocolos Conceptos y características

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1 Facultad de Ingeniería Universidad de Buenos Aires Redes y Teleprocesamiento I Capas de Transporte del modelo OSI y del Modelo TCP/IP Servicios y Protocolos Conceptos y características Prof. María Feldgen 2º Cuatrimestre de 2005 Tema: Capa de Transporte Prof. María Feldgen 1 Servicios que provee a las capas superiores Host A Host B Dirección de transporte Capas superiores Aplicación, presentación y sesión interfase Capas superiores Aplicación, presentación y sesión Entidad de transporte TPDU Entidad de transporte Dirección de red interfase Dirección de red Capa de red Capa de red Las capas de transporte, red y capas superiores. Tema: Capa de Transporte Prof. María Feldgen Redes y Teleprocesamiento I (Prof. María Feldgen) 1

2 Relación entre unidades (carga útil o área de datos) Las cabeceras (headers) de TPDUs, paquetes y tramas (frames). Tema: Capa de Transporte Prof. María Feldgen 3 Conexión: Funciones de la Capa de Transporte Mapeo de direcciones Conexión de red segun requerimientos Multiplexado o splitting Establecer unidad de transporte Funciones para la fase de transferencia Identificación de las puntas de transporte Transferir datos iniciales OSI Transferencia: Secuenciamiento, bloqueo, concatenación, segmentación Multiplexado o splitting Control de flujo Detección o recuperación de errores Datos urgentes Delimitación de segmento Identificación de conexión de transporte Liberación: Notificación de desconexión Transferencia limitada de datos Identificación de la conexión liberada Tema: Capa de Transporte Prof. María Feldgen Redes y Teleprocesamiento I (Prof. María Feldgen) 2

3 Características de un servicio CON CONEXION (Repaso) Establecimiento o conexión Transferencia Liberación o desconexión Unidades relacionadas Los datos llegan en orden (Nº de secuencia) Control de errores Retransmisión Control de flujo Tema: Capa de Transporte Prof. María Feldgen 5 Modelo -Servidor Es un grupo de procesos cooperantes, llamados servers (servidores) que brindan servicios a los usuarios, llamados clients (clientes) La aplicación se basan en un protocolo de pregunta/respuesta (request/reply) Request Servidor 5 Request/Reply Capas 1 a 4 Reply Capas 1 a Red 1 Modelo de Capas Tema: Capa de Transporte Prof. María Feldgen Redes y Teleprocesamiento I (Prof. María Feldgen) 3

4 Modelo -Servidor REQUEST REPLY : inicia la interacción ACTIVO Servidor: Espera por el cliente PASIVO Tema: Capa de Transporte Prof. María Feldgen 7 Distintos modelos 1. Servidor Direccionamiento al server 1. Request a Reply a Red 3. Servidor Red Servidor Name Server 4. Red Direccionamiento al proceso por broadcast 1. Broadcast 2. Respuesta al broadcast 3. Request 4. Reply Direccionamiento por Name Server 1. Lookup 2. NS reply 3. Request 4. Reply Tema: Capa de Transporte Prof. María Feldgen Redes y Teleprocesamiento I (Prof. María Feldgen) 4

5 Primitivas de servicio de Transporte OSI Servidor TPDU del CONNECT REQUEST recibida IDLE Primitiva CONNECT REQUEST ejecutada Establecimiento pasivo pendiente Primitiva CONNECT INDICATION ejecutada TPDU del CONNECT ACCEPT recibida Establecimiento activo pendiente Conectado TPDU del DISCONNECT REQUEST recibida Desconexión pasiva pendiente Primitiva DISCONNECT INDICATION ejecutada IDLE Primitiva DISCONNECT REQUEST ejecutada Desconexión activa pendiente TPDU del DISCONNECT ACCEPT recibida Diagrama de estados de la administración de la conexión y desconexión. Las transiciones en rojo son causadas por la llegada de un segmento. La zona en amarillo muestra el estado del servidor luego de cada interacción. La zona en verde, la del cliente. Tema: Capa de Transporte Prof. María Feldgen 9 Direccionamiento en la capa de transporte OSI TSAPs Proceso usuario (cliente) Proceso servidor 1 TSAP 1243 TSAP 1888 Proceso servidor 1 TSAP 1666 TSAPs Conexión de transporte 4 Transporte NSAPs 3 Red 2 Enlace NSAPs 1 Física Relación entre TSAPs y NSAPs en la conexiones de transporte Tema: Capa de Transporte Prof. María Feldgen Redes y Teleprocesamiento I (Prof. María Feldgen) 5

6 Establecimiento de la conexión: Números de secuencia Gráfico del libro de Tanenbaum (a) (b) Los Nº de segmentos de las TPDUs no pueden estar en la región prohibida El problema de resincronización Tema: Capa de Transporte Prof. María Feldgen 11 Control de Flujo y Buffering Gráfico del libro de Tanenbaum Espacio libre (a) (b) (c) Buffers de tamaño fijo, encadenados. Buffers de tamaño variable encadenados. Un buffer grande circular por conexión Tema: Capa de Transporte Prof. María Feldgen Redes y Teleprocesamiento I (Prof. María Feldgen) 6

7 RETRANSMISION Los mecanismos de retransmisión se conocen como: Automatic Repeat Request (ARQ): Stop and Wait ARQ Créditos (en la capa de transporte OSI) Go-Back N ARQ (en la capa transporte TCP) Selective Reject ARQ Tema: Capa de Transporte Prof. María Feldgen 13 Créditos OSI y control de flujo En una transmisión de datos de un host A a un host B A Mensaje B Comentario 1 Establecimiento buf=8 A garantiza lugar para recibir 8 mensajes 2 Establecimiento ack buf=4 B garantiza lugar para recibir 4 mensajes 3 Nº sec=0 data =m0 A puede enviar 3 mensajes mas 4 Nº sec=1 data =m1 A puede enviar 2 mensajes mas 5 Nº sec=2 data =m2 El mensaje se pierde, A puede enviar 1 mas 6 Ack = 1 buf = 3 B confirma mensaje 0, y permite el mensaje 1 a 3 7 Nº sec=3 data =m3 A No puede enviar mas, bloqueado 8 Nº sec=1 data =m1 Timeout del mensaje 1, retransmisión 9 Ack = 4 buf = 2 B confirma mensaje 1 a 3 y permite el mensaje 4 a 5 10 Nº sec=4 data =m4 A puede enviar 1 mas 11 Nº sec=5 data =m5 A no puede enviar mas, bloqueado 12 Ack = 5 buf = 0 B confirma mensaje 4 y permite 0 mensajes 13 Ack = 6 buf = 1 B confirma mensaje 5 y permite el mensaje 6 14 Nº sec=6 data =m6 A no puede enviar mas, bloqueado 15 Ack = 6 buf = 0 B confirma mensaje 6 y permite 0 mensajes 16 Ack = 6 buf = 2 B confirma y se pierde: deadlock potencial Tema: Capa de Transporte Prof. María Feldgen Redes y Teleprocesamiento I (Prof. María Feldgen) 7

8 Tipos de redes Capa de Transporte OSI Tasa error ACEPTABLE residual señalados A: CONS confiable SI SI B: CONS c/ errores SI NO C: CLNS NO NO Clases de protocolos Tipo de red 0 Clase simple A 1 Recup.básica errores B 2 Clase multiplexado A 3 Recup. errores y Mux B 4 Detección y Recup errores C Tipos de TPDU CR: Connect Request CC: Connect Confirm DR: Disconnect Request DC: Disconnect Confirm DT: Datos ED: Expedited Data AK: ACK de datos EA: ACK Expedited Data RJ: Reject ER: Error en TPDU PI: Ident. de transp. Tema: Capa de Transporte Prof. María Feldgen 15 Capas de Transporte en TCP/IP CON CONEXIÓN: TCP (Transport Control Protocol) Similar a TP4 del modelo OSI SIN CONEXIÓN: UDP (User Datagram Protocolo) Modelo Servidor Servidor PORT Request enviado al port y dirección de IP del servidor (TCP/UDP) + IP PORT Reply enviado al port y dirección de IP del origen Tema: Capa de Transporte Prof. María Feldgen Redes y Teleprocesamiento I (Prof. María Feldgen) 8

9 Direccionamiento en TCP Host MAFALDA Servidor conexión Host SUSANITA (tcp, * ; 21) (tcp, SUSANITA,1500) Port bien conocido Port asignado Socket o half association pasivo Socket o half association activo Association (conexión): (tcp, MAFALDA,21, SUSANITA,1500) Dir local IPL+portL IPL+portL *.portl Dir remota IPR+portR *.* *.* Comportamiento del server: acepta a un solo cliente (*) acepta datagramas para IPL acepta todos los datagramas para portl Tema: Capa de Transporte Prof. María Feldgen 17 User Datagram Protocol (UDP) Es un protocolo de datagramas (protocolo sin conexión). En cada operación se procesa exactamente un datagrama, que se envia en un datagrama de IP. RFC 768 Header IP 20 bytes Header UDP (8 bytes) Datos UDP Datagrama UDP Datagrama IP Tema: Capa de Transporte Prof. María Feldgen Redes y Teleprocesamiento I (Prof. María Feldgen) 9

10 Datagrama UDP Dirección de IP de origen (32 bits) cero Dirección de IP de destino (32 bits) Protocolo (8 bits) 17 Longitud de UDP (16 bits) UDP Pseudo Header Nro Port Origen (16 bits) Longitud de UDP (16 bits) Nro Port Destino (16 bits) Checksum (16 bits) UDP Header Datos Tema: Capa de Transporte Prof. María Feldgen 19 Transport Control Protocol (TCP) Es un servicio con conexión, byte stream La conexión requiere de las tres etapas: Establecimiento de la conexión Transferencia de datos Liberación de la conexión RFC 793 Header IP 20 bytes Header TCP (20 bytes) Datos TCP Segmento de TCP Datagrama IP Tema: Capa de Transporte Prof. María Feldgen Redes y Teleprocesamiento I (Prof. María Feldgen) 10

11 Segmento TCP Nro. de Port Origen (16 bits) Nro. de Port Destino (16 bits) Nro de Secuencia (32 bits) Long.Header (4 bits) U Reservado (6 bits) R G A C K Nro. de ACK (32 bits) P S H P S T S Y N F I N Tamaño ventana (16 bits) TCP Header Checksum (16 bits) Puntero a Urgente (16 bits) Opciones (si hay) Datos Tema: Capa de Transporte Prof. María Feldgen 21 CONCEPTOS de TCP Establecimiento : three-way handshake Open Activo Open Pasivo N de secuencia inicial Negociación de MSS Open simultáneo Backlog Timeout Liberación : Half Close Estado 2MSL Wait Estados FIN_WAIT Close simultáneo Timeout Tema: Capa de Transporte Prof. María Feldgen Redes y Teleprocesamiento I (Prof. María Feldgen) 11

12 Establecimiento y Terminación de una conexión TCP Establecimiento: segmento 1 SYN ISNC = 1200 win = 4096 <mss = 1024> SYN ISNC = 8300 ACK = 1201 win = 4096 <mss = 1024> segmento 2 segmento 3 ACK = 8301 Terminación: segmento 1 segmento 4 FIN ISNC = 1201 ACK = 8301 FIN ISNC = 8301 ACK = 1202 ACK = 1202 ACK = 8302 segmento 2 segmento 3 Tema: Capa de Transporte Prof. María Feldgen 23 Diagrama de transición de estados de TCP listen / (Comienzo) CLOSED connect / SYN SYN / SYN + ACK SYN_RCVD close / FIN FIN_WAIT_1 ACK / FIN_WAIT_2 ACK / RST / close / FIN LISTEN (open pasivo) SYN / SYN + ACK (open simultáneo) ESTABLISHED (transf. datos) (cierre simultáneo) FIN / ACK FIN + ACK / ACK CLOSING ACK / send / SYN SYN_SEND (open activo) SYN + ACK / ACK FIN / ACK CLOSE_WAIT close / FIN LAST_ACK close o timeout ACK / TIME_WAIT timeout FIN / ACK (2MSL timeout) (cierre activo) (cierre pasivo) Tema: Capa de Transporte Prof. María Feldgen Redes y Teleprocesamiento I (Prof. María Feldgen) 12

13 Retransmisión en TCP: Sliding Windows ARQ Categorías de Transmisión: Cada una de las dos capas que están conectadas deben controlar la cantidad de datos que envían y reciben del otro. Esto se realiza dividiendo los bytes en categorías. El transmisor debe dividir los datos enviados en categorías tal de diferenciar los datos enviados y ya confirmados de los enviados y no confirmados todavía, ya que debe esperar la confirmación (ACK) del receptor o puede ser necesario retransmitirlos. Para los datos de la capa superior que se transmitieron hay 4 categorías: 1. Transmit Category #1: Bytes Enviados y que fueron Confirmados (Acknowledged) 2. Transmit Category #2: Bytes Enviados pero que NO fueron confirmados todavía (falta el ACK) 3. Transmit Category #3: Bytes que NO se enviaron todavía y que el receptor esta dispuesto a acceptar (están dentro de la ventana) 4. Transmit Category #4: Bytes que NO se enviaron todavía y que están en la siguiente ventana (el receptor NO permite aún su envío) Tema: Capa de Transporte Prof. María Feldgen 25 Retransmisión en TCP: Sliding Windows ARQ Categorías de Recepción: Para los datos que se reciben no es necesario separar entre datos recibidos y confirmados y datos recibidos y no confirmados como hace el transmisor, ya que no debe esperar por los ACKs. 1. Receive Category #1+2: Bytes Recibidos y confirmados al transmisor. Son las complementarias de las Transmit Categories #1 and #2 del transmisor. 2. Receive Category #3: Bytes que no se recibieron todavia, pero que está dentro de la ventana (Receptor listo para recibirlas). Es la complementaria a Transmit Category #3. 3. Receive Category #4: Bytes que no se recibieron y que marcan el comienzo de la siguiente ventana (Receptor NO está listo para recibirlos todavia). Es la complementaria a Transmit Category #4. Tema: Capa de Transporte Prof. María Feldgen Redes y Teleprocesamiento I (Prof. María Feldgen) 13

14 Sliding Windows en TCP # Send Unacknowledged (SND.UNA): Es el Nº de secuencia del 1º byte de datos enviado sin ACK. Es el primer byte de la Transmit Category #2; todos los Nº de secuencia anteriores corresponden a bytes en Transmit Category #1. # Send Next (SND.NXT): Es el Nº de secuencia del siguiente byte de datos a enviar. Esto marca el primer byte de Transmit Category #3. # Send Window (SND.WND): El tamaño de la ventana de emisión en bytes que puede enviar sin esperar el ACK. La suma de (SND.UNA) + (SND.WND) marca el primer byte de Transmit Category #4. Tema: Capa de Transporte Gráfico de Prof. María Feldgen 27 Tipos de transferencia de datos Flujo de datos interactivo (Telnet y Rlogin) Flujo de datos masivo (Bulk data) (ftp, correo electrónico, etc) Tema: Capa de Transporte Prof. María Feldgen Redes y Teleprocesamiento I (Prof. María Feldgen) 14

15 Características del flujo interactivo display A tecla A A (PUSH) ack eco de A (PUSH) ack Servidor Monitor de consola procesa eco Algoritmo de Nagle Deshabilitación del Algoritmo de Nagle Tema: Capa de Transporte Prof. María Feldgen 29 Flujo de datos masivos Flujo de datos normal Retransmisión: Ventanas deslizantes (sliding window) Tamaño de la ventana Control de congestión: Slow start: ventana del receptor (wnd) ventana de congestión (cwnd) Síndrome Silly Window (Clark 1982) Modo Urgente Tema: Capa de Transporte Prof. María Feldgen Redes y Teleprocesamiento I (Prof. María Feldgen) 15

16 TP4 Comparación TP4 - TCP Orientado a unidades desconexión abrupta Expedited Data Otras: Múltiples TPDU s Créditos Checksum (Fletcher) Retransmisión TS-Bridge(Internetworking) TCP Orientado a streams Graceful release Datos urgentes Otras: Una TPDU Ventanas deslizantes Checksum (compl. a 1) Retransm. (Jacobson) No existe Tema: Capa de Transporte Prof. María Feldgen 31 Tipos de servidores Iterativo SIN Conexión Iterativo CON Conexión Concurrente SIN Conexión Concurrente CON Conexión Tema: Capa de Transporte Prof. María Feldgen Redes y Teleprocesamiento I (Prof. María Feldgen) 16

17 Server Concurrente Host MAFALDA (tcp, *,21) server fork server hijo (tcp, Mafalda, 21) Request Conexión Conexión Host Susanita (tcp, Susanita, 1500) Tema: Capa de Transporte Prof. María Feldgen 33 Server Concurrente Host Mafalda server (tcp, *,21) fork server hijo (tcp, Mafalda, 21) server hijo (tcp, Mafalda, 21) Request Conexión Conexión Request Conexión Conexión Host Susanita (tcp, Susanita, 1500) Host Manolito (tcp, Manolito, 1500) Tema: Capa de Transporte Prof. María Feldgen Redes y Teleprocesamiento I (Prof. María Feldgen) 17