Sieci komputerowe Warstwa transportowa

Transkrypt

1 Sieci komputerowe Warstwa transportowa Sieci komputerowe Warstwa transportowa dr inż. Maciej Piechowiak 1 Wprowadzenie umożliwia jednoczesną komunikację poprzez sieć wielu aplikacjom uruchomionym na tym samym urządzeniu, zapewnia (jeśli jest to wymagane), że wszystkie dane są dostarczone w sposób niezawodny, w dobrej kolejności i do odpowiedniej aplikacji, używa mechanizmów obsługi błędów. 2 Wprowadzenie 3 1

2 Cele warstwy transportowej śledzenie indywidualnej komunikacji pomiędzy aplikacjami na źródłowym i docelowym hoście, segmentacja danych i odpowiednie oznaczanie każdego fragmentu, łączenie podzielonych segmentów w strumienie danych, identyfikacja różnych aplikacji. 4 Cele warstwy transportowej 5 Separacja komunikacji 6 2

3 Segmentacja 7 Sterowanie konwersacjami 8 Sterowanie konwersacjami 9 3

4 Protokoły 10 Nagłówki TCP i UDP 11 Adresacja portów 12 4

5 Adresacja portów 13 Numery portów 14 Numery portów 15 5

6 Segmentacja i scalanie 16 Procesy TCP na serwerze URG - ważność pola "Pilny" (ang. Urgent) w nagłówku TCP; ACK - ważność pola "Potwierdzenie" (ang. Acknowledgment) w nagłówku TCP; PSH - wykorzystanie funkcji PUSH; RST - używana jest do kończenia połączenia; SYN - wskazuje na Synchronizację numerów sekwencyjnych; FIN - wskazuje koniec danych od nadawcy. 17 Nagłówek TCP 18 6

7 Połączenie TCP Połączenie trójetapowe: ustala czy urządzenie jest obecne w sieci; sprawdza, czy urządzenie docelowe (serwer) ma aktywną usługę i akceptuje połączenia na porcie, który urządzenie inicjujące połączenie (klient) chce użyć podczas sesji; informuje urządzenie docelowe (serwer), że urządzenie inicjujące połączenie (klient) zamierza ustanowić sesję na porcie o tym numerze. 19 Nawiązywanie i finalizowanie 20 Nawiązywanie i finalizowanie 21 7

8 Nawiązywanie i finalizowanie 22 Nawiązywanie i finalizowanie 23 Nawiązywanie i finalizowanie 24 8

9 Scalanie segmentów TCP 25 Potwierdzenie segmentów TCP 26 Potwierdzenie segmentów TCP przykład: zaczynając z numerem sekwencyjnym równym 2000, jeśli host docelowy otrzyma 10 segmentów każdy zawierający po 1000 bajtów danych, w potwierdzeniu wysłanym do nadawcy tej partii danych numer potwierdzenia wyniesie 12001, ilość danych, którą nadawca może wysłać zanim musi otrzymać potwierdzenie nazywana jest rozmiarem okna (ang. window size), rozmiar okna jest polem w nagłówku TCP, które umożliwia zarządzanie utraconymi danymi i kontrolą przepływu. 27 9

10 Retransmisja TCP usługa TCP na hoście docelowym zwykle potwierdza ciągłą partię danych jeżeli brakuje jednego lub więcej segmentów, to potwierdzane są tylko te dane w segmencie, które poprzedzają pierwszy brakujący fragment, przykład: adresat otrzymał segmenty z numerami sekwencyjnymi od 1500 do 3000 i od 3400 do 3500 numer potwierdzenia wyniesie 3001 (segmenty z numerami sekwencyjnymi od 3001 do 3999 nie zostały odebrane), kiedy nadawca nie otrzyma potwierdzenia w określonym czasie powróci do numeru sekwencyjnego, który miał ostatnio potwierdzony i wyśle ponownie wszystkie dane, zaczynając od bajtu o tym numerze. 28 Retransmisja TCP dla typowej implementacji protokołu TCP host może wysyłać segment, umieszczając równocześnie jego kopię w kolejce retransmisyjnej i uruchamiając zegar, kiedy potwierdzenie otrzymania danych z wysłanego segmentu jest odebrane, kopia segmentu umieszczona w kolejce retransmisyjnej jest z niej usuwana, jeżeli potwierdzenie nie zostanie otrzymane przed upływem określonego czasu oczekiwania, segment jest retransmitowany, selektywne potwierdzenia odbiorca potwierdza bajty w nieciągłych segmentach i po otrzymaniu takiego potwierdzenia nadawca retransmituje tylko brakujące dane. 29 Kontrola przepływu mechanizm kontroli zwrotnej TCP dostosowuje efektywne tempo przesyłania danych do maksymalnego poziomu, który sieć oraz adresat mogą obsłużyć bez utraty danych, protokół TCP usiłuje zarządzać tempem przesyłu tak, aby całe wysłane dane zostały odebrane i ilość retransmisji była zminimalizowana, przykład: w prezentowanej sesji początkowy rozmiar okna został ustalony na 3000 bajtów. Kiedy nadawca wysłał 3000 bajtów, musi poczekać na potwierdzenie otrzymania tych 3000 bajtów zanim w tej sesji wyśle kolejne segmenty, gdy nadawca otrzyma potwierdzenie od odbiorcy, może wysyłać kolejne 3000 bajtów

11 Kontrola przepływu 31 Kontrola przepływu podczas przerwy w transmisji, polegającej na oczekiwaniu na potwierdzenie, w tej sesji nadawca nie będzie nadawał żadnych dodatkowych segmentów, w okresach przeciążenia sieci lub zajętości zasobów hosta odbierającego, opóźnienia mogą się wydłużać, jeżeli długość tego okresu przestoju będzie rosła, efektywne tempo transmisji danych dla tej sesji będzie malało, spowolnienie tempa przesyłania danych pomoże zlikwidować problem przestojów występujący u nadawcy. 32 Przesuwne okno gdy sieć jest przeciążona i zdarzają się częste retransmisje, protokół TCP może zmniejszyć rozmiar okna, aby spowodować konieczność częstszego potwierdzania otrzymanych segmentów zmniejszenie tempa przesyłu danych (nadawca musi częściej czekać na potwierdzenie ich dostarczenia), host odbierający wysyła rozmiar okna wskazujący ilość bajtów, które jest gotów odebrać w jednej partii danej sesji, jeżeli host odbierający potrzebuje zmniejszyć ilość przesyłanych danych z powodu ograniczenia buforu odbioru, może wysłać zmniejszony rozmiar okna do nadawcy w segmencie potwierdzającym (z ustawionym bitem ACK)

12 Przesuwne okno Jak pokazano na schemacie, jeśli odbiorca jest przeciążony, może odpowiedzieć do nadawcy segmentem ze zmniejszonym rozmiarem okna, po pewnym czasie transmisji bez utraty danych oraz przeciążenia zasobów, odbiorca rozpocznie zwiększanie wartości rozmiaru okna, działanie to ogranicza obciążenie sieci z powodu zmniejszenia ilości potwierdzeń, które muszą być wysłane, rozmiar okna będzie rósł, aż do wartości, przy której nastąpi utrata danych, co spowoduje ponowne zmniejszenie wartości rozmiaru okna. zwiększanie i zmniejszanie rozmiaru okna jest procesem ciągłym. 34 Przesuwne okno 35 Protokoły (UDP) UDP 36 12

13 Nagłówki TCP i UDP 37 Protokół UDP protokół DNS (ang. Domain Name System), protokół SNMP (ang. Simple Network Management Protocol), protokół DHCP (ang. Dynamic Host Configuration Protocol), protokół RIP (ang. Routing Information Protocol), protokół TFTP (ang. Trivial File Transfer Protocol), gry online. 38 Scalanie datagramów UDP 39 13

14 Procesy UDP 40 14