Reti di Calcolatori in Tecnologia IP

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1 Reti di Calcolatori in Tecnologia IP Il Livello Transport e TCP Dott. Marco Bianchi 04/12/ Agenda Introduzione Indirizzamento Protocolli di livello transport Attivazione e rilascio di una connessione Controllo di flusso e buffering Il livello transport in Internet (TCP e UDP) 04/12/

2 L idea Comunicazione host-to-host: LAN LAN 04/12/ I Compiti Modello di riferimento OSI Application Presentation Session Transport Data Link Fisico gestione delle connessioni di livello network normalmente, una connessione network per ciascuna connessione transport più connessioni network per 1 connessione transport una connessione network per più connessioni transport (multiplexing) controllo del flusso indirizzamento dei singoli processi all interno dello stesso host 04/12/

3 Il Progetto Applicazione Trasporto LAN DataLink Fisico DataLink Fisico DataLink Fisico DataLink Fisico Protocollo End to End DataLink Fisico LAN Applicazione Trasporto DataLink Fisico 04/12/ I Servizi Affidabili orientati alla connessione (TCP) Possibilità di negoziare parametri di QoS: Max ritardo per attivare connessione Throughput richiesto Tasso d errore tollerato Datagram (UDP) 04/12/

4 Logica dei Servizi Provvede alla comunicazione logica tra processi applicativi in esecuzione su host diversi In trasmissione: Riceve messaggi dallo strato applicativo e li converte in 4-PDU Frammenta i messaggi applicativi Aggiunge un header di trasporto Passa le 4-PDU allo strato di rete In ricezione: Riceve le 4-PDU dallo strato di rete Rimuove l header di trasporto Riassembla i messaggi e li passa allo strato applicativo 04/12/ Problematiche da affrontare Controllo degli errori Controllo di flusso Riordino dei TPDU Differenze con il livello datalink: Peer entity di livello data link separate da un singolo canale di comunicazione, mentre quelle di livello transport da una intera subnet di comunicazione! 04/12/

5 Implicazioni E necessario indirizzare esplicitamente il destinatario E più complicato stabilire la connessione E più complicato rilasciare correttamente la connessione La rete ha capacità di memorizzazione Controllo di flusso e buffering devono considerare un numero variabile di connessioni contemporanee. 04/12/ Modello di riferimento OSI Identificazione Processi Application Presentation Session P1 P2 n. 100 n. 123 Livello Transport Transport Data Link Fisico Via Taranto Livello 04/12/

6 Indirizzamento Per attivare una connessione è necessario indicare con chi si vuole comunicare. Formato indirizzo di trasporto, detto Transport Service Access Point (TSAP) address: (NSAP address, informazione supplementare) Esempio: formato del TSAP di Internet (IP address : port number) 04/12/ Attivazione della connessione Problema complicato dalla presenza della subnet che può perdere o duplicare pacchetti Soluzione presentata: Three-way handshaking Passo 1 (Pacchetto SYN) Passo 2 (Pacchetto SYNACK) Passo 3 04/12/

7 Three way handshake (1) Passo 1 (Pacchetto SYN) Il livello TCP di invia un pacchetto speciale verso. Il pacchetto non porta dati ma il bit SYN è settato a 1 e viene scelto il numero iniziale di sequenza di Pacchetto SYN 04/12/ Three way handshake (2) Passo 2 (Pacchetto SYNACK) Quando il pacchetto SYN arriva a destinazione, alloca il buffer e le variabili necessarie alla comunicazione ed invia un altro pacchetto speciale a che ha il bit SYN a 1, l ACK per il pacchetto ricevuto ed il numero iniziale di sequenza per Pacchetto SYNACK Buffer 04/12/

8 Three way handshake (3) Passo 3 Quando riceve il pacchetto SYNACK, alloca a sua volta il buffer e le variabili necessarie per la connessione ed invia a un altro pacchetto con un ACK per il SYNACK. Il bit SYN è posto a 0. Buffer Buffer Pacchetto ~SYNACK 04/12/ Rilascio di una connessione Rilasciare una connessione a livello transport significa rimuovere le informazioni sulla connessione dalle proprie tavole e informare il livello applicazione che la connessione è chiusa. Due tipi di rilasci: Asimmetrico Una delle due entità si disconnette senza avviso Simmetrico 04/12/

9 Rilascio simmetrico di una connessione Se le due entità vogliono essere d accordo prima di rilasciare la connessione si potrebbe pensare a qualcosa di simile: Buffer Buffer Ho finito, anche tu? Sì Ok, ciao 04/12/ Problema delle due armate 04/12/

10 Soluzione adottata Protocollo tipo three-way handshaking arricchito con gestione del timeout: Buffer Buffer Timer.start disconnect.request disconnect.request ack Timer.start 04/12/ Controllo del Flusso Modello di riferimento OSI Application Sender Forse è meglio rallentare un po!!! Presentation Session Transport Invia Ehi vai troppo veloce!!! Receiver Data Link Fisico Processa Buffer 04/12/

11 Il livello di trasporto in Internet Si appoggia sul servizio best effort non affidabile di IP Estende il servizio di comunicazione tra due host (IP) a servizio di comunicazione tra processi in esecuzione su host diversi (process-to-process multiplexing/demultiplexing delle applicazioni) Realizza il controllo di correttezza (error checking) 04/12/ Il livello di trasporto in Internet Mette a disposizione due protocolli: UDP Connectionless, non affidabile TCP Connection oriented, affidabile Flow control Sequence numbers Acknowledgments Timers 04/12/

12 Il livello di trasporto in Internet Navigazione Web Telnet Application Transport http smtp e pop3 telnet TCP TCP TCP TCP Host to Host 04/12/ TCP: alcune caratteristiche Definito negli RFC 793, 1122, 1323, 2018, 2581 Connection oriented affidabile Handshaking a tre vie tra i processi applicativi prima della trasmissione per stabilire i parametri di trasferimento Entrambe le parti inizializzano variabili di stato associate alla connessione La connessione è stabilita solo tra gli apparecchi terminali (i nodi intermedi non vedono le connessioni) 04/12/

13 TCP: alcune caratteristiche Connessione full duplex Esclusivamente punto a punto Processo produttore Socket Buffer di trasmissione TCP PacchettoTCP Processo consumatore Socket Buffer di ricezione TCP 04/12/ Il pacchetto TCP Porta sorgente Usato per ottenere un servizio affidabile Lunghezza dell header (variabile per Options) Error checking Header length Source port # Destination port # Non usati Internet checksum Sequence number Acknowledgment number SYN RST PSH ACK URG FIN rcvr window size Ptr to urgent data Porta destinazione Usato per ottenere un servizio affidabile Usato per il flow control Usato per negoziare parametri di connessione Options ACK: valore in ack # valido RST,SYN,FIN: setup/teardown PSH: il ricevitore passa subito i dati al livello superiore URG: dati marcati urgenti Data 32 bits 04/12/ Massima lunghezza limitata dal MSS (Maximun Segment Size) 13

14 Connessione TCP Connection request (SYN=1, seq=client_isn) Connection granted (SYN=1, seq=server_isn, ack=client_isn+1 ACK (SYN=0, seq=client_isn+1, ack=server_isn+1) Tempo 04/12/ Rilascio della connessione TCP FIN=1 ACK Time wait Chiusura FIN=1 ACK 04/12/ T 14

15 Controllo di flusso Consente di regolare la velocità di trasmissione del mittente in funzione della capacità del ricevente di consumare i dati evitando l overflow del buffer di ricezione Il meccanismo si basa su una variabile di stato del mittente chiamata finestra di ricezione Fornisce una stima di quanto è ancora disponibile nel buffer di ricezione La finestra di ricezione è dinamica 04/12/ Finestra di ricezione ultimo byte ricevuto ultimo byte letto Dal livello di rete Finestra di ricezione Dati TCP nel buffer Processi applicativi Buffer di ricezione A trasmette verso B B alloca un buffer di ricezione e definisce due variabili: ultimo byte ricevuto, ultimo byte letto Ultimo byte ricevuto ultimo byte letto buffer di ricezione Finestra di ricezione = buffer di ricezione (ultimo byte ricevuto ultimo byte letto) B inserisce nel campo rcvr window size dell header il valore della finestra di ricezione A tiene traccia dell ultimo byte inviato e dell ultimo byte riscontrato (acked) Ultimo byte inviato - ultimo byte riscontrato = byte non riscontrati Se ultimo byte inviato - ultimo byte riscontrato finestra di ricezione il buffer di ricezione non va in overflow CONTROLLO DI FLUSSO 04/12/

16 Sequence number e Acknowledgment number Dati applicativi Payload pacchetto 1 Payload pacchetto 2 Payload pacchetto 3 Payload pacchetto 4 Byte 0 Byte n Byte n+1 Byte m Byte m+1 Sequence number Pacchetto # 1 = 0 Pacchetto # 2 = n+1 Pacchetto # 3 = m+1 Acknowledgment number Numero di sequence che un host B si aspetta di ricevere da un host A Acknowledgment implicito di tutto ciò che è stato spedito prima AFFIDABILITA Pacchetti fuori sequenza Il pacchetto che arriva fuori sequenza si scarta immediatamente I pacchetti arrivati errati o Il pacchetto viene conservato e mancanti vengono ritrasmessi viene completata la sequenza con l arrivo del pacchetto mancante 04/12/ Servizio di trasferimento affidabile (1) Timeout Ogni volta che TCP rilascia un pacchetto verso lo strato di rete inizializza un timer Allo scadere del timer viene generato un interrupt a cui il TCP risponde ritrasmettendo il pacchetto corrispondente 04/12/

17 Servizio di trasferimento affidabile (2) Acknowledgment Al ricevimento di un ACK il mittente verifica se è il primo ACK per quel pacchetto o un ACK duplicato Se è il primo ACK aggiorna la variabile di stato che mantiene l ultimo byte di cui si è avuta la notifica dell arrivo All arrivo del terzo ACK duplicato per un pacchetto il mittente lo interpreta come mancato arrivo a destinazione dei pacchetti successivi e può eseguire la ritrasmissione prima delle scadere dei timer (fast retrasmit RFC 2581) 04/12/ Esempio 1 Seq=92, 8 bytes data timeout X loss ACK 100 Seq=92, 8 bytes data ACK /12/2001 Tempo 34 17

18 Esempio 2 Seq=92, 8 bytes data Timeout Seq 100 Timeout Seq 92 Seq=100, 20 bytes data ACK 100 ACK 120 Seq=92, 8 bytes data ACK /12/2001 Tempo 35 Esempio 3 Seq=92, 8 bytes data timeout X loss ACK 100 Seq=100, 20 bytes data ACK /12/2001 Tempo 36 18

19 UDP Connectionless, on affidabile RFC 768 Funzioni Multiplexing/demultiplexing (process-to-process communication) Error checking Specifica la lunghezza in byte, compreso l header, del pacchetto UDP 32 bits Source port # Dest. Port # Length Checksum Il sender realizza il complemento a 1 della somma di tutte le parole 16 bit del pacchetto Application Data 04/12/