Nivel 4: Transporte Protocolos End-to-End

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1 Nivel 4: Transporte Protocolos End-to-End Teoría de las Comunicaciones Octubre de 2011

2 Nivel de Red milagros.dc.uba.ar stone.ac.upc.es ost a ost Nivel de Red Nivel de Enlace

3 Nivel de Transporte milagros.dc.uba.ar stone.ac.upc.es Enri Nivel de Aplicación Canal Proceso a Proceso Lean O.S. ata Nivel de Transporte eader ata eader O.S. Nivel de Red Nivel de Enlace

4 Modelo OSI 7 Application layer-to-layer communication Application 7 6 Presentation Presentation Session Transport Peer-layer communication Router Router Session Transport Network Network Network Network 3 2 Link Link Link Link 2 1 Physical Physical Physical Physical 1

5 Modelo TCP/IP 5 4 / UP atagram 3 2 1

6 Protocolos End-to-End Se apoyan en la Capa de Red, la cual es de mejor esfuerzo (Best-Effort) escarta mensajes Reordena mensajes Puede entregar múltiples copias de un mensaje dado Limita los mensajes a algún tamaño finito Entrega mensajes después de un tiempo arbitrariamente largo Sin embargo, pretendemos otro tipo de Servicios End-to-End para las Aplicaciones Garantía de entrega de mensajes Entrega de mensajes en el mismo orden que son enviados Entrega de no más de una copia de cada mensaje Soporte para mensajes arbitrariamente largos Soporte de sincronización Permitir al receptor controlar el flujo de datos del transmisor Soportar múltiples procesos de nivel aplicación en cada máquina Protocolos End-to-End: Algoritmos para proveer Sevicios End-to-End sobre Servicios de Red Best Effort

7 Primer paso: Servicio No Confiable de Entrega de Mensajes Proceso a Proceso Comunicación no costosa entre procesos Soportar múltiples procesos de nivel aplicación en cada máquina Evitar la sobrecarga y las demoras propias de la entrega ordenada y confiable de mensajes Enviar mensajes desde y hacia sockets ( enchufes ) User atagram Protocol (UP) IP + Número de Puerto (socket) para proveer demultiplexado hacia procesos destino Control de error opcional

8 El emultiplexor Simple UP: User atagram Protocol Provee comunicación Proceso a Proceso Multiplexación/demultiplexación de mensajes -> Múltiples Procesos compartiendo la misma red SrcPort stport Checksum Length ata UP Message Queues? UP Message eader (8 bytes)

9 Características de UP Servicio de entrega no confiable y no ordenado de datagramas Sin control de congestión No reacciona ante señalizaciones de estado de congestión Puede congestionar las colas de entrada y salida en los routers -> Tráfico egoísta Soluciones posibles: Implementar el control de congestión en las Capas de Aplicación Implementar el control de congestión en los Routers CCP (atagram Congestion Control Protocol) (experimental) No provee Control de Flujo El destinatario puede verse saturado, perdiendo información No establece una conexión mantiene varias características best-effort de IP!

10 Razones para adoptar UP Control preciso sobre qué información se envía y cuándo se envía Inmediatamente que un proceso escribe en el socket UP lo empaqueta y lo envía a IP Sin demoras para establecimiento de conexión UP no contempla ningún procedimiento preliminar formal los cual evita cualquier tipo de demora extra Sin estado de conexión No se reservan parámetros, números de secuencia, etc. lo cual facilita manipular muchos clientes activos simultáneamente Pequeño overhead por encabezado UP header de solo 8 bytes

11 Puertos y Aplicaciones UP maneja Puertos definidos en cada extremo. (2^16 Ports) El lado servidor posee ( expone ) puertos bien conocidos Ver En un host Linux ver /etc/services Ej: smtp 25/tcp mail Utilizando getservicebyname() : pedro:~# telnet miservidor 25 Trying Connected to miservidor. Escape character is '^]'. 220 miservidor ESMTP Sendmail 8.9.1b+Sun/8.9.1; Sun, 31 Oct :43:06 GMT quit 221 miservidor closing connection Connection closed by foreign host. pedro:~# pedro:~# telnet miservidor smtp Trying Connected to miservidor. Escape character is '^]'. 220 miservidor ESMTP Sendmail 8.9.1b+Sun/8.9.1; Sun, 31 Oct :43:20 GMT quit 221 miservidor closing connection Connection closed by foreign host. pedro:~# pedro miservidor IANA: Internet Assigned Numbers Authority

12 Puertos y Rangos

13 CP NTP VoIP Aplicaciones

14 Client Socket <IP cli,#port cli > Server Socket <IP srv,#port srv > Canal Proceso a Proceso: <IP cli,#port cli,ip srv,#port srv > Client host Client Service request for socket < :80> (i.e., the Web server) OS Web server (port 80) Echo server (port 7) Client host Client Service request for socket < :7> (i.e., the echo server) Server host OS Web server (port 80) Echo server (port 7) User process

15 Contexto para encabezado UP Version Len TOS Length IP Ident Flags Offset TTL Protocol Checksum SourceAddr estinationaddr Options (variable) Pad (variable) UP SrcPort Checksum stport Length Pseudo encabezado Largo de encabezado + datos ata (UP) 8 (UPh) 20 (IPh) = (UPd) Chequeo de suma opcional: Psuedo header (IP) + UP header + ata

16 Máquinas de Estado Port asignado automáticamente por el kernel Cada socket UP provee un modelo de Server iterativo El buffer de recepción opera en modo FIFO Cuando el proceso llama recvfrom(), obtiene el datagrama tomado con disciplina FIFO. Buffer limitado <sys/socket.h>

17 udp-client.c #include <sys/socket.h> <netinet/in.h> <stdio.h> <string.h> <stdlib.h> int main(int argc, char**argv) { int sockfd,n; struct sockaddr_in servaddr,cliaddr; char sendline[1000]; char recvline[1000]; // Leo los argumentos de la linea de comando. if (argc!= 3) { printf("uso: udp-client <IP address> <port number> \n"); } exit(1); } // Creo un socket de UP (SOCK_GRAM). sockfd=socket(af_inet,sock_gram,0); // Especifico la dirección y puerto del servidor. bzero(&servaddr,sizeof(servaddr)); servaddr.sin_family = AF_INET; servaddr.sin_addr.s_addr=inet_addr(argv[1]); servaddr.sin_port=htons(atoi(argv[2])); // Envio y recibo mensajes hasta que el usuario entre CTRL-. while (fgets(sendline,10000,stdin)!= NULL) { sendto(sockfd,sendline,strlen(sendline),0, (struct sockaddr *)&servaddr,sizeof(servaddr)); // Me bloqueo, esperando un mensaje. n=recvfrom(sockfd,recvline,10000,0,null,null); recvline[n]=0; fputs(recvline,stdout); } Si no se especifica Si no se especifica MSG_WAITALL se devolverá solamente los bytes hasta el final del primer mensaje. socket pointer to buffer for data size of buffer flags MSG_PEEK, MSG_OOB, MSG_WAITALL address struct of sending peer length of address struct of sending peer

18 udp-server.c #include <sys/socket.h> <netinet/in.h> <stdio.h> <string.h> <stdlib.h> int main(int argc, char**argv) { int sockfd,n; struct sockaddr_in servaddr,cliaddr; socklen_t len; char mesg[1000]; // Leo los argumentos de la linea de comando. if (argc!= 2) { printf("uso: udp-server <port number>\n"); exit(1); } // Creo un socket de UP (SOCK_GRAM). sockfd=socket(af_inet,sock_gram,0); // Ligo el socket al puerto elegido. bzero(&servaddr,sizeof(servaddr)); servaddr.sin_family = AF_INET; servaddr.sin_addr.s_addr=htonl(inar_any); servaddr.sin_port=htons(atoi(argv[1])); bind(sockfd,(struct sockaddr *)&servaddr,sizeof(servaddr)); for (;;) { len = sizeof(cliaddr); // Me bloqueo, esperando un mensaje. printf("esperando un mensaje...\n"); n = recvfrom(sockfd,mesg,1000,0,(struct sockaddr *)&cliaddr,&len); // Llegó un mensaje; envio respuesta al cliente. sendto(sockfd,mesg,n,0,(struct sockaddr *)&cliaddr,sizeof(cliaddr)); mesg[n] = 0; printf("mensaje recibido: %s",mesg); } }

19 Multicast y Broadcast Solamente con UP No es posible con TCP Sería ineficiente sostener para cada posible host destino (es decir, para cada conexión ) los mecanismos de retransmisión, ordenamiento de paquetes, control de flujo, etc. Atentaría contra el objetivo principal de aliviar la utilización de la red Imposible sostener una conexión con estado, ya que se desconoce el destino UP UP UP TCP y UP

20 Otro protocolo de transporte: Remote Procedure Call (RPC) Paradigma clásico de Pedido/Respuesta o Transacción orientada a Mensajes Mecanismo bien conocido para estructurar sistemas distribuidos Abstrae las llamadas locales: El Server puede ser local o remoto El Cliente se bloquea esperando la respuesta No alcanza con UP: Se deben identificar los correctos procesos en los hosts destino y origen para entregar debidamente pedidos y respuestas. TCP podría solucionarlo, pero a un costo demasiado alto (overhead) Implementaciones más conocidas: SunRPC, CE-RPC RPC es confiable y soporta tamaños grandes de mensajes.

21 Mapeo Automático de Puertos Puerto bien Conocido (111)

22 Real Time Protocol (RTP) UP ideal por su simpleza y bajo overhead RTP sobre UP Aplicaciones (voz, video) con requerimientos temporales estrictos (80 s) Información de tiempo (timestamps) Orden Tipo de codificación/compresión de la señal analógica Negociación RTCP (Control) (<5% del BW RTP) Información periódica de control acerca del flujo RTP Performance Sincronización Identidad

23 Real Time Protocol (RTP) RTP + RTCP (Control) (<5% del BW RTP) Información periódica de control acerca del flujo RTP Performance Sincronización Identidad +RTCP

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