PDF de programación - Capa de transporte Nivel 4

Capa de transporte
Nivel 4

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All material copyright 1996-2010
J.F Kurose and K.W. Ross, All Rights Reserved

Computer Networking:
A Top Down Approach
5th edition.
Jim Kurose, Keith Ross
Addison-Wesley, April
2009.

Capa transporte

3-1

Capítulo 3: Capa de transporte
(Nivel 4)
Objetivos:
 Comprender servicios que
suele facilitar la capa de
transporte:
1. Multiplexación/demul-

 Aprender las

tiplexación (extensión de
la entrega host-host, a
proceso-proceso)

2. Transferencia fiable y/o

ordenada de datos
3. 3.1 Control de flujo
(saturación conexión)
3.2 Control de congestión
(saturación general)

implementaciones
concretas de protocolos
de la capa de transporte
en Internet:
 UDP: transporte no

orientado a la conexión y no
fiable (1)

 TCP: transporte orientado a

la conexión, fiable (1,2,3)

Capa transporte

3-2

Capítulo 3: capa de transporte

3.1 Servicios de la capa

de transporte

3.2 Multiplexación y

demultiplexación

3.3 UDP
3.4 Transferencia fiable

3.5 TCP

 Estructura de los

segmentos

 Fiabilidad en la

transmisión de datos

 Control de flujo
 Gestión de la conexión

3.6 Principios de control de

congestión

3.7 Control de congestión

en TCP

Capa transporte

3-3

Servicios

 Facilita comunicación lógica

entre procesos (aplicaciones)
corriendo en diferentes hosts
 Los protocolos de transporte

se ejecutan en los sistemas
finales
 Lado emisor:

Trocea/Agrega* mensajes
en segmentos, que pasa a
la capa de red
 Lado receptor:

reensambla* segmentos
que pasa a la capa de
aplicación

 Puede haber más de un protocolo de
transporte disponible para las aplics.
 Internet: TCP y UDP

application
transport
network
data link
physical

application
transport
network
data link
physical

Capa transporte

3-4

Capas: Transporte vs. Red

 Capa de red:Comunicación lógica entre hosts no

adyacentes

 Capa de transporte:Comunicación lógica entre

procesos
 Basada en servicios que facilita esta capa

Capa transporte

3-5

Protocolos de nivel de transporte
en Internet
 Confiable, recepción en

application
transport
network
data link
physical

orden (TCP)
 Control de flujo
 Control de congestión
 Requiere setup/iniciali.

 No confiable, recepción

desordenada: UDP
 Extensión del tráfico

“best-effort” de IP

 Servicios no

implementados:
 Garantía de retardos
 Garantía de ancho de

banda

network
data link
physical

network
data link
physical

network
data link
physical

network
data link
physical

network
data link
physical

network
data link
physical

application
transport
network
data link
physical

Capa transporte

3-6

Capítulo 3: capa de transporte

3.1 Servicios de la capa

de transporte

3.2 Multiplexación y

demultiplexación

3.3 UDP
3.4 Transferencia fiable

3.5 TCP

 Estructura de los

segmentos

 Fiabilidad en la

transmisión de datos

 Control de flujo
 Gestión de la conexión

3.6 Principios de control de

congestión

3.7 Control de congestión

en TCP

Capa transporte

3-7

Multiplexación / demultiplexación

Demultiplexación en host receptor:

Distribuir los segmentos
recibidos al socket correcto

Multiplexación en host que envía:

Encapsular el tráfico
convenientemente y
enviarlo al nivel de red

= socket

= proceso

aplicacion

P3

P1
P1

aplicacion

P2

transporte

transporte

red

enlace

físca

host 1

red

enlace

físca
host 2

P4

aplicacion

transporte

red

enlace

físca

host 3

Capa transporte

3-8

Demultiplexación
 El host recibe un datagrama

IP
 Recordemos, que cada

datagrama tiene
direcciones IP (origen y
destino)

 Cada datagrama

transporta 1 segmento de
nivel 4 (==transporte)

 Cada segmento tiene un

campo denominado puerto
origen y destino

 En general es posible usar las
direcciones IP y (números) de
puerto para identificar un
socket (aunque UDP modelo
más simple)

32 bits

#Puerto origen #Puerto dest.

Otros campos de

la cabecera

Datos de la aplicación

(mensaje)

Formato de segmentos TCP/UDP

Capa transporte

3-9

Demultiplexación sin conexión

DatagramSocket serverSocket = new DatagramSocket(6428);

//server C

P2

P3

P1P1

SP: 6428
DP: 9157

SP: 6428
DP: 5775

SP: 9157
DP: 6428

cliente
IP: A

servidor

IP: C

SP: 5775
DP: 6428

Cliente

IP:B

SP en envío solo sirve como identificación del socket de retorno

Capa transporte 3-10

Demux orientado a la conexión

 Un socket TCP queda

identificado, en cambio
por 4-tupla:
 Dirección IP origen
 Dirección IP destino
 Número de Puerto origen
 Número de Puerto dest.

 Esto es, el host

receptor usa estos 4
valores para direccionar
al socket correcto

 Los servidores por tanto
pueden soportar muchos
sockets TCP
concurrentemente:
 Cada socket identificado

por su propia 4-tupla

 Los servidores web, e.g.,
pueden tener un socket
para cada conexión de
cada cliente
 Por ejemplo, HTTP no-

persistente creará una socket
para cada petición

Capa transporte

3-11

Demux orientado a la conexión

P1

P4

P5

P6

P2

P1

P3

SP: 5775
DP: 80
S-IP: B
D-IP:C

cliente
IP: A

SP: 9157
DP: 80
S-IP: A
D-IP:C

servidor

IP: C

SP: 9157
DP: 80
S-IP: B
D-IP:C

cliente

IP:B

Capa transporte 3-12

Demux orientado a la conexión:
Web Server usando hilos

P1

P4

P2

P1

P3

SP: 5775
DP: 80
S-IP: B
D-IP:C

cliente
IP: A

SP: 9157
DP: 80
S-IP: A
D-IP:C

servidor

IP: C

SP: 9157
DP: 80
S-IP: B
D-IP:C

cliente

IP:B

Capa transporte 3-13

Capítulo 3: capa de transporte

3.1 Servicios de la capa

de transporte

3.2 Multiplexación y

demultiplexación

3.3 UDP
3.4 Transferencia fiable

3.5 TCP

 Estructura de los

segmentos

 Fiabilidad en la

transmisión de datos

 Control de flujo
 Gestión de la conexión

3.6 Principios de control de

congestión

3.7 Control de congestión

en TCP

Capa transporte 3-14

UDP: User Datagram Protocol [RFC 768]
 Servicio “Best effort”, los
segmentos UDP pueden ser:
 Perdidos
 Segmentos/Mensajes
entregados fuera de
orden a la aplicación

¿Por qué UDP?
 El establecimiento de la
conexión añade retardo
 Cabecera más pequeña
 Cuando el retardo supera en

importancia a las perdidas
 Los servicios adicionales de

TCP añaden retardo

 Sin conexión:

 No establecimiento de

la conexión emisor /
receptor

 Cada segmento UDP es

manejado de manera
independiente a los
otros (flujo,
congestión!) y como una
entidad

 Sin control de

flujo/congestión: UDP puede
transmitir a la tasa que
quiera ¿?
 Posible implementación con-
fiabilidad en capa superior

Capa transporte 3-15

UDP: cabecera

 Usos:

 Aplicaciones

multimedia

• Tolerantes a las

perdidas

• Sensibles a la
caudal/latencia

 DNS
 SNMP (monitoriz.)

Longitud, en
bytes, del
segmento UDP,
incluyendo
cabecera

32 bits

#Puerto origen #Puerto dest.

longitud

Checksum
(datos+cab)

Datos de
aplicación
(mensaje)

Formato de un segmento UDP

Capa transporte 3-16

Capítulo 3: capa de transporte

3.1 Servicios de la capa

de transporte

3.2 Multiplexación y

demultiplexación

3.3 UDP
3.4 Transferencia fiable

3.5 TCP

 Estructura de los

segmentos

 Fiabilidad en la

transmisión de datos

 Control de flujo
 Gestión de la conexión

3.6 Principios de control de

congestión

3.7 Control de congestión

en TCP

Capa transporte 3-17

Transferencia datos fiable

 Elementos necesarios:

• Detectar errores  Checksum(sumas de comprobación)
• Detectar perdidas  Temporizadores
• Detectar perdidas  Numerar elementos

– Número de secuencia
– Reconocimientos

» positivos (ACKS) y negativos (NACKS)

Capa transporte 3-18

Parada y espera

Capa transporte 3-19

Parada y espera

Capa transporte 3-20

Parada y espera
 Parada y espera funciona, pero su rendimiento es pobre
 E.g.: Enlace de 1 Gb/s, 15 ms tiempo de propagación,

paquetes de 1000 Bytes:

 U emisor: utilizaciónemisor : fracción de tiempo en el que el emisor

emite

U emisor =

L / R

RTT + L / R

=

0.008
30.008

= 0.00027

 Lo que resulta en un throughput de 267 kb/s en un enlace de 1

Gb/s!

 El protocolo de transporte limita el uso de los recursos de la

red!

Capa transporte 3-21

Parada y espera

emisor

receptor

Primer bit paq. transmitido, t = 0
Último bit transmitido, t = L / R

RTT

Llega el primer bit
Llega último bit,
enviar ACK

Llega ACK, enviar paq. siguiente
, t = RTT + L / R

U emisor =

L / R

RTT + L / R

=

0.008
30.008

= 0.00027

Capa transporte 3-22

Protocolos Pipelined (procesamiento en
cadena)

El emisor permite múltiples envíos, “al vuelo”, antes de

llegar los correspondientes ACK

 El número de secuencia debe abarcar más bits

incrementarse (== ventana deslizante)

 Se requiere buffer en emisor y/o receptor

 Formas genéricas de implementar estos protocolos :

go-Back-N, repetición selectiva…

Capa transporte 3-23

Pipelining: incremento de la utilización

emisor

receptor

1º bit paq., t = 0
Último bit, t = L / R

RTT

Llega 1º ACK
se envia otro paquete

Se envía 1º ACK
Se envía 2º ACK
Se envía 3º ACK

Utilización x 3!

U
emisor =

3 * L / R
RTT + L / R

=

0.024
30.008

= 0.0008

Capa transporte 3-24

Ventana deslizante (GBN*)
Emisor:
 Número de secuencia están limitados
 El tamaño de la “ventana” [deslizante] hasta un máximo de N

segmentos* no conf