Transportní vrstva. RNDr. Ing. Vladimir Smotlacha, Ph.D

Transportní vrstva RNDr. Ing. Vladimir Smotlacha, Ph.D. Katedra počítačových systémů Fakulta informačních technologií České vysoké učení technické v Praze © Vladimír Smotlacha, 2011

Počítačové sítě BI-PSI LS 2010/11, Předn. 6 https://edux.fit.cvut.cz/BI-PSI

Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti

Obsah přednášky ●

● ● ●

transportní vrstva –

druhy služeb

–

protokoly

–

vytvoření a uzavření spojení

–

řízení toku

TCP UDP RTP, RTCP

BIPSI, Transportní vrstva

2

Problém dvou armád A zvítězí, pokud A1 i A2 zaútočí najednou ● ●

A1 pošle zprávu není jisté že projde –

●

co když se ztratí zpráva nebo potvrzení? –

●

A1 odpoví dalším potvrzením

stále není jisté, že A1 i A2 se dohodli –

●

A2 odešle potvrzení

další potvrzení, ... atd

Důkaz neexistence řešení: sporem – nechť n je délka nejkratšího protokolu, je poslední potvrzení nezbytné? BIPSI, Transportní vrstva

3

Služby ●

transportní vrstva – hranice mezi –

aplikací (software) a

–

●

sítí (technologie)

transparentní přenos dat mezi koncovými uživateli –

spolehlivost

–

řízení datového toku

–

segmentace dat

–

oprava chyb BIPSI, Transportní vrstva

4

Adresace ●

služba musí mít adresu –

●

předdefinované TSAP („well-known“) –

●

TSAP – Transport Service Access Point

např. port 80 pro http

dynamicky přidělované –

portmapper ●

registruje TSAP pro služby

●

např. BitTorrent


5

Navázání spojení ●

triviální řešeni: CONNECTION REQUEST ---> <--- CONNECTION ACCEPTED –

●

problém: zpožděný duplikovaný paket CR

vylepšení –

unikátní identifikátor každé relace

–

omezená životnost paketu


6

Navázání spojení (2) ●

three-way handshake CONECTION REQUEST ---> (seq = x) <--- ACKNOWLEDGE (seq = y, ack = x) DATA (seq = x+1, ack = y)

--->


7

Ukončení spojení ●

●

asymetrické ukončení –

jeden účastník ukončí spojení

–

příklad: telefonní hovor

symetrické ukončení –

obě strany se musí dohodnout

–

neexistuje řešení, pokud komunikace není bezpečná ●

Problém dvou armád (Two Armies Problem / Coordinated Attack Problem / Two Generals' Problem)


8

Řízení toku ●

princip stejný jako v linkové vrstvě –

detekce chybných paketů

–

eliminace duplikovaných paketů ●

sekvenční číslo

–

omezený počet nepotvrzených paketů

–

„plovoucí okénko“ (sliding window)


9

TCP Transmission Control Protocol ● služba v L4

●

–

spojově orientovaná

–

zabezpečená

–

duplexní

mnoho implementací –

různé vylepšení (kontrola zahlcení, ...) ●

Reno

●

Tahoe

●

Vegas BIPSI, Transportní vrstva

10

Hlavička TCP verze IP

délka záhlaví

typ služby

celková délka

idetifikace IP datagramu TTL

příznaky

protokol vyšší vrstvy

posunutí fragmentu kontrolní součet IP záhlaví

IP adresa odesílatele IP adresa příjemce volitelné položky IP hlavičky zdrojový port TCP

cílový port TCP pořadové číslo odesílaného bajtu pořadové číslo očekávaného bajtu

délka záhlaví

rezerva

U

A

P

R

S

F

kontrolní součet TCP

délka okna ukazatel naléhavých dat

volitelné položky TCP hlavičky data


11

TCP – navázání spojení sn 100; S ; mss1460

LISTEN

SYN_SENT sn 10; ack 101; AS; mss1460

SYN_RCVD

sn 101; ack 11; A ; ESTABLISHED sn 11-20; ack 101; AP

ESTABLISHED

sn 101; ack 21; A


12

Ukončení spojení sn 50; ack 70; AF ; FIN_WAIT1 sn 70; ack 51; AP;

FIN_WAIT2

CLOSE_WAIT

sn 51; ack 81; A sn 81; ack 51; AP

11,25min sn 181; ack 51; AF TIME_WAIT

LAST_ACK

sn 51; ack 182; A

2min, 30s

CLOSED

CLOSED BIPSI, Transportní vrstva

13

Zabezpečení ● ● ● ● ●

kontrolní součty detekce duplicitních paketů opakované odeslání správné seřazení timeout


14

TCP – stavový diagram

. BIPSI, Transportní vrstva

15

Socket ●

standardní programátorské rozhraní –

●

poprvé v Berkeley UNIX 4.2BSD

primitiva –

SOCKET

– vytvoření koncového bodu

–

BIND

– přiřazení adresy k socketu

–

LISTEN

– schopnost akceptovat spojení

–

ACCEPT

– pasivní akceptace spojení

–

CONNECT – aktivní pokus o spojení

–

SEND

–

RECEIVE – přijetí dat

–

CLOSE

– odeslání dat – uvolnění spojení BIPSI, Transportní vrstva

16

Okénko ●

●

příjemce rezervuje buffer – okénko pro přijímaná data příjemce v odpovědi uvádí aktuální velikost okna –

okno zmenšuje, pokud data nestíhá zpracovat

–

odesílatel nesmí vyslat více dat


17

Sliding window

zdroj: http://condor.depaul.edu/jkristof/technotes/tcp.html BIPSI, Transportní vrstva

18

Potvrzování (acknowledge) ●

příjemce odesílá ACK –

uvede pořadové číslo byte, který se očekává

–

tím potvrdí, že všechny předešlé byte byly přijaty ●

●

není nutné všechny potvrzovat pakety jednotlivě

timeout (u odesílatele) –

nepřišlo potvrzení do očekávané doby

–

vysílání se vrátí k prvnímu nepotvrzenému paketu


19

Potvrzování (2) ●

●

duplicitní ACK –

pokud některý paket nepřijde, ale následující ano, příjemce zopakuje poslední ACK

–

využije se jako indikátor, že paket se možná ztratil

timeout (u příjemce) –

do očekávaného okamžiku nepřišel nový paket ●

odešle se znovu poslední ACK

●

max. 3x opakovat


20

Proměnné Některé proměnné využité v kontrole zahlcení: ● MSS (Maximum Segment Size) – max. velikost posílaného paketu – ●

●

definuje příjemce

SSTHRESH (Slow-start Threshold) – hranice pravděpodobného zahlcení –

odhad, kolik nepotvrzených dat lze odeslat

–

v násobcích MSS

CWND (Congestion Window) – okénko odesílatele –

kolik dosud nepotvrzených dat odesílatel vyšle BIPSI, Transportní vrstva

21

Kontrola zahlcení ● ●

okénko odesílatele (Congestion Window) pomalý start („slow start“) –

počáteční hodnota CWND je 1

–

zpočátku se okénko odesílatele (CWND) zvětšuje o 1 po každém ACK ●

●

velikost okénka roste exponenciálně !!

po dosažení SSTHRESH se CWND zvětšuje lineárně


22

Kontrola zahlcení (2) ●

zahlcení (congestion) –

ztratil se buď paket nebo jeho ACK

–

pokud ACK nepřijde vůbec (timeout)

–

●

opakuje se vysílání od potvrzeného paketu

●

opakuje se slow start

pokud 3x přijde opakované ACK staršího paketu (duplicitní ACK), aktivuje se „fast retransmit“ a „fast recovery“ ●

ztracený paket je znovu odeslán (nikoliv ale následující) –

●

tzv. „selective retransmit“

CWND se zmenší na polovinu BIPSI, Transportní vrstva

23

Využití TCP ●

všude, kde je nutný zabezpečený datový kanál

●

není nutné pro –

malé bloky dat ●

●

má velkou režii (čas i data)

nevhodné pro –

real-time aplikace: VOIP, streaming ●

–

paket je doručen za každou cenu – nežádoucí zpoždění

vestavné systémy (embedded-systems) ●

příliš komplexní BIPSI, Transportní vrstva

24

UDP ● ●

User Datagram Protocol služba v L4 –

nespojovaná

–

nezabezpečená

●

porty

●

max 64 kB dat –

fragmentace v IP je nežádoucí ●

např. DNS přenáší nejvíce 512 Byte BIPSI, Transportní vrstva

25

Hlavička UDP

verze IP

délka záhlaví

typ služby

celková délka

idetifikace IP datagramu TTL

příznaky

protokol vyšší vrstvy

posunutí fragmentu kontrolní součet IP záhlaví

IP adresa odesílatele IP adresa příjemce volitelné položky IP hlavičky zdrojový port UDP

cílový port UDP

délka dat

kontrolní součet UDP záhlaví data


26

Využití UDP ●

●

malé bloky dat, pokud –

nevadí případná ztráta

–

je nežádoucí režie TCP

real-time aplikace –

je lepší ztratit část dat než čekat


27

RTP Real-time Transport Protocol ● přenos proudu (stream) dat mezi koncovými body v reálném čase ●

●

hlavička obsahuje „timestamp“ –

čas od začátku streamu

–

jednotka závisí na aplikaci

–

umožní interpretovat přijatý blok

implementováno většinou nad UDP BIPSI, Transportní vrstva

28

Využiti RTP ●

libovolné multimediální formáty –

● ● ●

H.264, MPEG-4, MJPEG, MPEG, ...

videokonference data streaming IP telefonie


29

Poděkování Janu Kubrovi z FEL ČVUT za poskytnutí slajdů, z nichž některé byly částečně využity v této přednášce


30

Děkuji za pozornost


31

Transportní vrstva. RNDr. Ing. Vladimir Smotlacha, Ph.D

Recommend Documents