Redes y Telecomunicaciones II

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1 Redes y Telecomunicaciones II L02: Capa de Transporte Ingº Manuel Peñaloza Figueroa Objetivos Ser capaz de explicar la comunicación proceso-aproceso 2 1

2 Metas Entender los principios detrás de los servicios de la capa de transporte: Multiplexación/desmultiplex ación Transferencia de data confiable Control de flujo Control de congestión Aprender acerca de los protocolos de la capa de transporte en el Internet: UDP: transporte sinconexión. TCP: transporte orientadoa-la-conexión TCP: control de la congestión sin-conexión no-orientado-a-la-conexión 3 Introducción Las capas del Protocolo TCP/IP: Figura: Modelo arquitectural detallado. 4 2

3 (...) Acrónimos: ARP : Address Resolution Protocol DNS : Domain Name System FTP : File Transfer Protocol ICMP : Internet Control-Message Protocol IP : Internet Protocol RARP : Reverse Address Resolution Protocol SCTP : Stream Control Transmission Protocol SMTP : Simple Mail Transfer Protocol SNMP : Simple Network-Management Protocol TCP : Transmission Control Protocol UDP : User Datagram Protocol 5 Introducción: Las 3 primeras capas del Modelo de Referencia OSI la capa física, la capa de enlace de datos y la capa de red son capas muy importantes para entender como las redes funcionan: La Capa Física mueve los bits a través de los cables La Capa de Enlace de Datos mueve los frames (ó tramas) en una red La Capa de Red mueve los datagramas en una inter Tomado como un todo, ellos son las partes de un stack de protocolos que son responsables por los "aspectos básicos" reales de llevar los datos desde 1 lugar a otro. 6 3

4 Introducción: Capa de Transporte Se está aquí 7 Capa de Transporte: La capa de transporte, también es conocida como la capa del Protocolo Extremo-a-Extremo. La capa de transporte proporciona canales de comunicación proceso-a-proceso entre los procesos de las aplicaciones de diferentes hosts de Internet. El protocolo de transporte ó extremo-a-extremo, define el protocolo responsable por la transferencia de los datos entre los puntos extremos de un canal de comunicación. 8 4

5 Capa de Transporte: En cuanto a la capa de transporte se refiere, ella actúa como si no hubiera modems, repetidores, puentes (bridges), ó routers a lo largo del camino. La capa de transporte se basa completamente en los servicios de las capas inferiores. 9 Capa de Transporte: Comunicación en la capa de Red: Figura: Comunicación en la capa de Red. 10 5

6 Capa de Transporte: Conexión en la capa de Transporte: Figura: Conexión en la capa de transporte. 11 Capa de Transporte Terminología OSI: 12 6

7 Capa de Transporte: Capa de Transporte en perspectiva: 13 Capa de Transporte: Servicios Los servicios proporcionados por la capa de Transporte incluyen: Comunicación Proceso-a-Proceso Direccionamiento: Números de puerto Encapsulación y De-encapsulación Multiplexamiento y Demultiplexamiento Control de errores Control de flujo Control de la congestión (Servicio) orientado a la conexión (Servicio) sin conexión (no orientado a la conexión)

8 Capa de Transporte: Servicios Los protocolos de transporte pueden proporcionar funcionalidad adicional tal como: Control de la congestión Entrega de datos confiables Supresión de datos duplicados Control de flujo... como es hecho por TCP. 15 Comunicación Proceso-a-Proceso: Entrega Proceso-a-Proceso: La Capa de Transporte es la responsable por la entrega proceso-a-proceso: la entrega de un paquete la parte de un mensaje desde un proceso a otro 2 procesos se comunican comúnmente en una relación cliente/servidor, 16 8

9 Comunicación Proceso-a-Proceso: Entrega Proceso-a-Proceso: Nota La capa de transporte es responsable por la entrega proceso-a-proceso. 17 Comunicación Proceso-a-Proceso: Figura: Capa de Red vs. Capa de Transporte. 18 9

10 Comunicación Proceso-a-Proceso: Entrega Proceso-a-Proceso: Figura: Tipos de entrega de datos. 19 Comunicación Proceso-a-Proceso: Proveer comunicación lógica entre los procesos de las aplicaciones que corren en host diferentes Los protocolos de transporte corren en los sistemas extremos. Lado que envía: rompe los mensajes de las aplicaciones en segmentos, los pasa a la capa de red. Lado que recibe: reensambla los segmentos en mensajes, los pasa a la capa de aplicación Mas de un protocolo de transporte disponible para las aplicaciones: en Internet: TCP y UDP application transport data link transporte lógico extremo- extremo application transport data link 20 10

11 Comunicación Proceso-a-Proceso: Figura: La capa de transporte proporciona comunicación lógica en vez de comunicación física entre los procesos de las aplicaciones. 21 Repaso: Procesos: Comunicación Proceso: es un programa en ejecución dentro de un host. dentro del mismo host, 2 procesos se comunican usando comunicación ínter-procesos (definido por el SO) los procesos en diferentes hosts se comunican mediante el intercambio de mensajes Proceso cliente: proceso que inicia la comunicación Proceso servidor: proceso que espera a ser contactado 22 11

12 Comunicación Proceso-a-Proceso: Capa de transporte vs. capa de red Capa de red: comunicación lógica entre hosts Capa de transporte: comunicación lógica entre procesos se apoya en, y realza, los servicios de la capa de red Analogía de un grupo amical: 12 niños enviando cartas a 12 niños procesos = niños mensajes de las aplicaciones = cartas en los sobres hosts = casas protocolo de transporte = Ana y Guillermo protocolo capa-de-red = servicio postal 23 Procesos: direccionamiento: Para recibir mensajes, el proceso debe de tener un identificador el dispositivo "host" tiene dirección IP única de 32-bits P: la dirección IP del host en el cual el proceso corre es suficiente para identificar el proceso? R: No, muchos procesos pueden estar en ejecución en el mismo host 24 El identificador incluye tanto la dirección IP como los números de puerto asociados con el proceso en el host #s puerto de ejemplo: servidor HTTP: 80 servidor de correo: 25 para enviar el mensaje HTTP al servidor web gaia.cs.umass.edu dirección IP: # puerto: 80 12

13 Sockets: El proceso envía/recibe mensajes a/desde su socket El socket es análogo a la puerta: proceso que envía empuja el mensaje hacia la puerta proceso que envía se apoya en la infraestructura de transporte al otro lado de la puerta el cual llevará el mensaje al socket en el proceso que recibe. 25 host ó servidor proceso socket TCP con buffers, variables controlado por el desarrollador de ap. controlado por el SO Internet API: (1) elección del protocolo de transporte (2) habilidad para fijar unos pocos parámetros host ó servidor proceso socket TCP con buffers, variables Sockets: Socket una interfase: en el host local creada por la aplicación controlada por el SO (una "puerta") dentro del cual el proceso de aplicación puede tanto enviar como recibir mensajes a/desde otro proceso de aplicación 26 13

14 Sockets: Figura: Dirección del socket (como una 2-tupla) 27 Puertos: Cada proceso que desea comunicarse con otro proceso se identifica a si mismo para la suite de protocolos TCP/IP por 1 ó más puertos. Un puerto es un número de 16-bits usado por el protocolo Host-a-Host para identificar a que protocolo de alto-nivel ó programa de aplicación (proceso) tiene que entregar los mensajes entrantes. Hay 2 tipos de puertos: "Well-known" ó bien-conocidos: pertenecen a servidores estándar rango: Efímeros: 0: reservado puede ser usado por programas desarrollados por usuarios ordinarios rango:

15 Puertos: TCP usa el mismo principio de puerto como UDP para proveer multiplexamiento. al igual que UDP, TCP usa puertos bien-conocidos y efímeros. Cada lado de una conexión TCP tiene un socket que puede ser identificado por la 3-tupla <TCP, dirección IP, # puerto> Si 2 procesos están comunicándose sobre TCP, ellos tienen una conexión lógica que es en una manera única identificable por los 2 sockets involucrados, esto es, por la combinación <TCP, dirección IP local, # puerto local, dirección IP remota, # puerto remoto> (una 5-tupla). Los procesos servidor son capaces de manejar múltiples conversaciones a través de un puerto único. 29 Puertos: Figura: Números de puertos

16 Puertos: Data Destination port number selects the process Figura: Direcciones IP vs. Números de puerto. 31 Puertos: RFC: 6335 Agosto, 2011 Rangos del Número de Puerto: Puertos de Sistema / Puertos Bien-Conocidos (Well Known) Rango: asignado por el IANA Puertos de Usuario / Puertos Registrados Rango: asignado por el IANA Puerto Dinámicos / Puertos Privados / Puertos Efímeros Rango: nunca asignados por el IANA 32 16

17 Puertos: IANA: Internet Assigned Numbers Authority Figura: IANA: Rangos de puertos. 33 Puertos: RFC: 1340 Julio, 1992 Puertos Well-Known: Usado: por procesos del sistema (ó root) por programas ejecutados por usuarios privilegiados Puertos Registrados: Usado: por procesos de usuarios ordinarios por programas ejecutados por usuarios ordinarios RFC: 6335 Puertos Dinámicos ó Privados: específicamente "apartados" para uso local y dinámico 34 17

18 Puertos: RFC: 6335 Los números de puerto individuales están en 1 de 3 estados: Asignado No-asignado ==> disponible Reservado Los números de puerto reservado no están disponibles para una asignación regular, ellos son "asignados por el IANA" para propósitos especiales Los números de puerto reservado incluyen los valores en los bordes de cada rango, e.g. 0, 1023, 1024, 49151, 49152, Números de Puerto para Experimentación: Los #s de puerto 1021 y 1022 han sido asignados para experimentación con nuevas aplicaciones y protocolos de la capa de aplicación que requieren un # puerto en el rango de puertos de Sistema. 35 Puertos: RFC: 6335 Los puertos son usados de diversas maneras, en particular: como identificadores de procesos en el punto-extremo como identificadores de protocolos de aplicación para propósitos de filtrado del firewall 36 18

19 Control de Errores: Paquetes Control de Errores Figura: Control de errores en la Capa de Transporte. 37 (...) Acrónimos: DCCP - Datagram Congestion Control Protocol SCTP - Stream Control Transmission Protocol 38 19

20 Capa de Transporte: Protocolos Protocolos de la capa de transporte TCP: Fiable, entrega en-orden control de congestión control de flujo setup de la conexión UDP: No fiable, entrega desordenada extensión no-frills (sin-extras) del "mejor-esfuerzo" IP Servicios no disponibles: garantías de retardo garantías de ancho-de-banda application transport data link data link logical end-end transport data link data link data link data link data link application transport data link 39 Capa de Transporte: Protocolos El protocolo de la capa de transporte mas usado es el TCP (Transmission Control Protocol), el cual provee: entrega de data confiable orientada-a-la conexión control de congestión supresión de datos duplicados (y) control de flujo 40 20

21 Capa de Transporte: Protocolos Otro protocolo de la capa de transporte es el UDP (User Datagram Protocol): Provee servicio: sin-conexión (no-orientado a la conexión) no confiable (del) mejor-esfuerzo. Como un resultado aplicaciones usando UDP como el protocolo de transporte tienen que proveer su propia integridad end-to-end, control de flujo y control de congestión, si deseado. Usualmente, UDP es usado por aplicaciones que necesitan un mecanismo de transporte rápido y puedan tolerar la pérdida de algunos datos. 41 Multiplexación / demultiplexación: Ejemplos (genéricos): 42 21

22 Multiplexación/Demultiplexación: Multiplexación en el host emisor: recolectar datos desde múltiples sockets, envolver los datos con el encabezado correspondiente (posteriormente usado para demultiplexar) Demultiplexación en el host receptor: entregar los segmentos recibidos al socket correcto = socket = proceso aplicación P3 P1 P1 aplicación P2 P4 aplicación transporte transporte transporte red red red enlace enlace enlace físico físico físico host 1 host 2 host 3 43 Multiplexación/Demultiplexación Figura: Multiplexación y Demultiplexación en la capa de transporte

23 Multiplexación/Demultiplexación Como demultiplexación trabaja: Host recibe datagramas IP cada datagrama tiene dirección IP fuente, dirección IP destino cada datagrama acarrea 1 segmento de la capa de transporte cada segmento tiene número de puerto fuente, y de destino (recordar: números de puerto bien-conocidos para aplicaciones específicas) Host usa direcciones IP & números de puerto para dirigir el segmento al socket apropiado. Figura: Formato genérico de un segmento TCP/UDP. 45 Multiplexación/Demultiplexación Figura: La inversión de los números de puerto fuente y de destino

24 Multiplexación/Demultiplexación Demultiplexación sin-conexión (no-orientada a la conexión): (1/2) Crear sockets con números de puerto (C): DatagramSocket socket1 = new DatagramSocket(12534); DatagramSocket socket2 = new DatagramSocket(12535); Socket UDP (a enviar de destino) identificado por una 2-tupla: (dirección IP de destino, número puerto de destino) Cuando el host recibe el segmento UDP: chequea el número de puerto destino en el segmento dirige el segmento UDP al socket con ese número de puerto Datagramas IP con direcciones IP fuente y/o #s puerto fuente diferentes son dirigidos al mismo socket 47 Multiplexación/Demultiplexación: Demultiplexación sin-conexión: (2/2) DatagramSocket DatagramSocket socketcliente2 = new DatagramSocket(9157); application P3 transport link socketservidor = new DatagramSocket(6428); application P1 transport link DatagramSocket socketcliente1 = new DatagramSocket(5775); application P4 transport link puerto fuente: 6428 puerto dest: 9157 puerto fuente:? puerto dest:? puerto fuente: 9157 puerto dest: 6428 puerto fuente:? puerto dest:? 48 24

25 Multiplexación/Demultiplexación Demultiplexación orientada-a-la-conexión: (1/4) Sockets TCP "in extenso" identificados por una 4-tupla: dirección IP fuente número de puerto fuente dirección IP destino número de puerto destino El host receptor usa todos los 4 valores para dirigir el segmento al socket apropiado El host servidor puede soportar muchos sockets TCP simultáneos: c/socket asignado a un proceso c/socket identificado "in extenso" por una 4-tupla Servidores web tienen sockets diferentes para c/cliente que se conecta HTTP no-persistente tendrá sockets diferentes para cada petición 49 Multiplexación/Demultiplexación: Demultiplexación orientada-a-la-conexión: (2/4) procesos HTTP por-conexión host: dirección IP A application P1 transport link P4 IP, puerto fuente: B, 80 IP, puerto dest: A, 9157 IP, puerto fuente: A, 9157 IP, puerto dest: B, 80 application transport link 3 segmentos, todos destinados a la dirección IP: B, con puerto destino: 80, son demultiplexados a sockets diferentes P5 P6 servidor: dirección IP B application P2 P3 transport link IP, puerto fuente: C, 5775 IP, puerto dest: B, 80 IP, puerto fuente: B, 9157 IP, puerto dest: B, 80 host: dirección IP C 50 25

26 Multiplexación/Demultiplexación Demultiplexación orientada-a-la-conexión: (3/4) Servidor Web "threaded"/enhilado servidor con hilos host: dirección IP A application P3 transport link IP. puerto fuente: B, 80 IP, puerto dest: A, 9157 application P4 transport link servidor: dirección IP B application P2 P3 transport link IP, puerto fuente: C, 5775 IP, puerto dest: B, 80 host: dirección IP C IP, puerto fuente: A, 9157 IP, puerto dest: B, 80 IP, puerto fuente: B, 9157 IP, puerto dest: B, Multiplexación/Demultiplexación Figura: Aplicaciones populares de Internet y sus protocolos de transporte subyacentes

27 Bibliografía: Básica: Computer Networking: A Top Down Approach, 5/e. Jim Kurose, Keith Ross. Addison-Wesley, TCP/IP Protocol Suite, 4/e Behrouz A. Forouzan McGraw-Hill, Bibliografía: Complementaria: Data Communications and Networking, 4/e Behrouz A. Forouzan McGraw-Hill, 2007 TCP/IP Tutorial and Technical Overview. Lydia Parziale, David T. Britt, Chuck Davis, Jason Forrester, Wei Liu, Carolyn Matthews, Nicolas Rosselot. IBM Redbooks, December The TCP/IP Guide A Comprehensive, Illustrated Internet Protocols Reference Charles M. Kozierok No Starch Press,

28 Bibliografía: Complementaria: Understanding TCP/IP, A clear and comprehensive guide to TCP/IP protocols Libor Dostálek, Alena Kabelová Packt Publishing, Bibliografía: Enlaces: #'s de puerto Solicitud para Número de Puerto de Usuario (puertos registrados) #'s de protocolo:

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