PDF de programación - Tema 4: La capa de transporte en Internet

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Las capa de transporte en Internet

Tema 4: La capa de transporte en Internet.



4.1 Introducción.


Como ya hemos comentado existen, básicamente, dos protocolos de transporte
en Internet: TCP y UDP. TCP (Tranport Control Protocol) es un protocolo fiable,
orientado a conexión y con control de flujo, mientras que UDP (User Datagram
Protocol) es no fiable (sin confirmación) no orientado a conexión y sin control de flujo.
La unidad de transferencia (Tranfer Protocol Data Unit) de TCP se denomina segmento,
mientras que la de UDP se denomina mensaje o también datagrama UDP.


TCP prevé una comunicación full dúplex punto a punto entre dos ordenadores,
no hay soporte para tráfico multicast, esto es, el envío de unos datos a un grupo de
ordenadores. En UDP la comunicación es simplex (aunque obviamente un datagrama
UDP puede ser respondido por el receptor con otro); además, en UDP es posible el
tráfico multicast o broadcast. Como protocolo, TCP es mucho más complejo que UDP.


4.2 Concepto de puerto en TCP/UDP.


El nivel de transporte debe ofrecer algún mecanismo que permita distinguir de
forma unívoca a que aplicación van dirigidos los datos, este mecanismo se conoce con
el nombre de TSAP. En TCP/UDP los TSAPs son los denominados ports o puertos.


En sentido estricto una conexión entre dos entidades usuarias del nivel de
transporte queda identificada por los TSAPs en los que conectan cada una (podemos
pensar en el TSAP como el conector telefónico, diríamos entonces que una
conversación telefónica queda perfectamente especificada por los números de teléfono
de las dos rosetas donde están enchufados los aparatos con los que se está hablando). Un
TSAP en Internet está especificado por:


• Dirección donde “conecta” el nivel de red: dirección IP de los dos ordenadores.

• Dirección donde conecta el nivel de transporte (campo protocolo del datagrama
IP): normalmente TCP (ya que UDP al ser no orientado a conexión no puede
establecer conexiones).

• Dirección donde conecta el nivel de aplicación: esto es el puerto.



Dado que la conexión en el nivel de transporte siempre se suele realizar con el
protocolo TCP este dato es innecesario y se suele omitir. Sin embargo en un mismo
ordenador un número de puerto puede ser utilizado simultáneamente por una aplicación
para UDP y por otra para TCP sin conflictos, ya que son TSAPs diferentes.


Así pues, una conexión de dos entidades usuarias del nivel de transporte se

especifica por la combinación:


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Dirección IP host 1 + port host 1 + dirección IP host 2 + port host 2

El puerto es un número entero entre 0 y 65535. Por convenio los números 0 a
1023 están reservados para el uso de servicios estándar, por lo que se les denomina
puertos bien conocidos o “well-known ports”. Cualquier número por encima de 1023
está disponible para ser utilizado libremente por los usuarios. Los valores de los puertos
bien conocidos se encuentran recogidos en el RFC Assigned Internet Numbers (en estos
momentos el RFC 1700). Algunos ejemplos aparecen en la siguiente tabla:


Descripción

Puerto Aplicación
9
19
20
21
23
25
110
119

Discard
Chargen
FTP-Data
FTP
TELNET
SMTP
POP3
TNP
Figura 4.2.1: Algunos ejemplos de puertos de TCP.

Descarta todos los datos recibidos (para pruebas)
Intercambia cadenas de caracteres (para pruebas)
Transferencia de datos FTP
Diálogo en transferencia FTP
Acceso remoto
Correo electrónico
Servidor de correo
News

Por ejemplo, supongamos que cinco usuarios del ordenador de dirección IP
134.123.1.2 inician una sesión de conexión remota hacia el ordenador de dirección
221.198.34.21; cada uno de ellos ejecutará en su ordenador un programa cliente
(generalmente Telnet) que abrirá una conexión con el otro; las conexiones establecidas
podrían ser por ejemplo:


(134.123.1.2,1024) con (221.198.34.21,23)
(134.123.1.2,1025) con (221.198.34.21,23)
(134.123.1.2,1026) con (221.198.34.21,23)
(134.123.1.2,1030) con (221.198.34.21,23)
(134.123.1.2,1031) con (221.198.34.21,23)

Donde hemos empleado la notación (dirección IP, puerto). Obsérvese que la
asignación de puertos para los clientes se hace por simple orden de llegada a partir del
primer número de puerto no reservado. En el servidor todas las conexiones utilizan el
puerto 23 (pues todas acceden al mismo proceso, el servidor Telnet); en cambio en el
cliente cada usuario es un proceso diferente y utiliza un puerto distinto. La combinación
(dirección IP, puerto) se denomina socket.


Complicando aun más nuestro ejemplo anterior podríamos imaginar que el
ordenador cliente estuviera “multihomed”, es decir que tuviera por ejemplo dos
interfaces físicas, y por tanto tuviera dos direcciones IP; los usuarios podrían utilizar
ambas interfaces alternativamente, por lo que las conexiones podrían ser por ejemplo:



(134.123.1.2,1024) con (221.198.34.21,23)
(134.123.1.3,1024) con (221.198.34.21,23)
(134.123.1.2,1025) con (221.198.34.21,23)
(134.123.1.3,1025) con (221.198.34.21,23)
(134.123.1.2,1030) con (221.198.34.21,23)


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Por último diremos que el ordenador cliente podría, de forma simultanea a las
sesiones Telnet abiertas, enviar datagramas UDP al ordenador B; aquí, aunque no se
establece una conexión (pues se trata de un servicio CLNS) hay un puerto de origen y
uno de destino; los datagramas podrían tener como puerto de origen el 1024 y de
destino el 23; esto no causaría ninguna ambigüedad, ya que el campo protocolo del
datagrama IP diferenciaría ambos tipos de paquetes, y los entregaría al servicio
correspondiente en el nivel de transporte del receptor.


4.3 El protocolo TCP.


El intercambio de segmentos en TCP se desarrolla de acuerdo con un protocolo
de ventana deslizante del tipo que hemos visto, con un número de secuencia de 32 bits.
El número de secuencia cuenta los bytes transmitidos, por lo que la secuencia se reinicia
cada 4 GB transmitidos (equivalentes a 4,3 minutos en una línea ATM de 155 Mbps,
suponiendo que toda la capacidad útil de la línea se utilizara para una esa conexión
TCP).


TCP utiliza ACK “piggybacked”, por lo que en el campo de cabecera de cada
segmento hay previstos dos campos de 32 bits, uno para el número de secuencia y otro
para el número de ACK. El campo número de secuencia indica el número del primer
byte transmitido dentro de ese segmento. El campo ACK indica el número del primer
byte que se espera recibir en el siguiente segmento (o sea, el siguiente byte que se
espera recibir, siguiendo el estilo del campo 'next' en HDLC). En la práctica el ACK
“piggybacked” no se aprovecha casi nunca ya que la mayoría de las aplicaciones están
diseñadas de forma que la información se envía de forma asimétrica; normalmente es
necesario que el TCP receptor envíe periódicamente segmentos vacíos con el único fin
de informar al emisor que los datos han sido recibidos.


El mecanismo normal de funcionamiento de TCP es retroceso n, aunque también

puede utilizarse repetición selectiva si las dos entidades participantes lo soportan.


El tamaño de ventana es variable y depende como ya hemos visto del espacio de
buffers disponible en el receptor. En la cabecera normal de TCP el campo previsto es de
16 bits, dando así un tamaño de ventana máximo de 64KBytes.


La cabecera de un segmento TCP tiene la siguiente estructura:



0

4

10
Puerto TCP origen

16

Puerto TCP destino

31

long c

Reservado

Número de secuencia

Número de reconocimiento
Código

Tamaño de ventana

Suma de comprobación

Puntero de datos urgentes

Opciones TCP (0 o más palabras)

Datos (opcional)



Figura 4.3.1: Estructura del Segmento TCP.


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Puerto origen y puerto destino identifican los puertos que se van a utilizar en

cada ordenador para comunicar con las aplicaciones que intercambian datos.


Número de secuencia indica el número de secuencia que corresponde en la

conexión al primer byte que se envía en el campo datos.


Número de ACK indica el número de secuencia del próximo segmento que se

espera recibir del otro lado.


Longitud de cabecera TCP especifica la longitud en palabras de 32 bits, excluido

el campo datos (el campo opciones hace que dicha longitud pueda variar).


A continuación hay 6 bits no utilizados, seguidos por seis indicadores o códigos

de un bit cada uno:


• URG (urgent): sirve para indicar que el segmento contiene datos urgentes; en ese
caso el campo puntero de datos urgentes contiene la dirección donde terminan
éstos.

• ACK (acknowledgement): indica que en este segmento el campo Número de
ACK contiene el número del próximo byte que se espera recibir. En la práctica
el bit ACK esta a 1 siempre, excepto en el primer segmento enviado por el host
que inicia la conexión.

• PSH (push): indica que el segmento contiene datos PUSHed, es decir, que