PDF de programación - Tema 5 - UDP y TCP

Bloque III: El nivel de transporte

Tema 5: UDP y TCP

Índice

• Bloque III: El nivel de transporte

– Tema 5: UDP y TCP

• UDP

– Cabecera UDP

• TCP

– Cabecera TCP

• Referencias

– Capítulo 3 de “Redes de Computadores: Un enfoque

descendente basdado en Internet”. James F. Kurose, Keith
W. Ross. Addison Wesley, 2ª edición. 2003.

– Capítulos 11 y 17 de “TCP/IP Illustrated, Volume 1: The
Protocols”, W. Richard Stevens, Addison Wesley, 1994.

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UDP

• User Datagram Protocol – Especificado en el RFC 768.
• UDP es un protocolo de nivel de transporte, orientado a datagramas, y
simple “cada operación de salida generada por un proceso produce
exactamente un único datagrama UDP”.

• UDP no garantiza que el datagrama alcance su destino.
• UDP multiplexa los datos de las aplicaciones y efectúa opcionalmente

una comprobación de errores, pero no realiza:
– Control de flujo
– Control de congestión
– Retransmisión de datos perdidos
– Conexión/desconexión

20 bytes

8 bytes

Cabecera IP

Cabecera

UDP

Datos UDP

Datagrama UDP

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Datagrama IP

UDP

• Se utiliza principalmente en los siguientes casos:

– Cuando el intercambio de mensajes es muy

escaso, por ejemplo: consultas al DNS (servidor
de nombres).

– Cuando la aplicación es en tiempo real y no se

pueden esperar los ACKs. Por ejemplo,
videoconferencia, voz sobre IP.

– Cuando los mensajes se producen regularmente y
no importa si se pierde alguno. Por ejemplo: NTP,
SNMP.

– Cuando el medio de transmisión es altamente

fiable y sin congestion (LANs). Por ejemplo: NFS.

– Si se envía tráfico broadcast o multicast.

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Cabecera UDP

0

16

31

Nº de puerto origen

Longitud UDP

Nº de puerto destino

Checksum UDP

Datos (si los hay)

•

•

Los números de puerto identifican los procesos emisor y receptor.
– Los números de puerto UDP son independientes de los de TCP.
Longitud UDP = longitud de la cabecera UDP + longitud de datos.
– El valor mínimo es de 8 bytes.
– Es redundante con la información de la cabecera IP.

• Checksum: se calcula sobre la cabecera UDP y los datos UDP.

– Se calcula de manera similar al checksum en IP (complemento a 1 de la

suma de las palabras de 16 bits).
– Aunque hay algunas diferencias:

• El datagrama UDP puede contener un número impar de bytes Se

añade un byte de relleno (todo ceros).

• Se considera una pseudo-cabecera de 12 bytes para el cálculo del

checksum, que contiene algunos campos de la cabecera IP Doble
comprobación de estos campos (igual en TCP).

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UDP: Modelo cliente-servidor

• Servidor:

– Más complicado que los clientes.
– Se comunica con múltiples clientes simultáneamente.
– Arranca, pasa a estado “espera”, y espera a que llegue alguna demanda de

cliente. Despierta cuando llega algún datagrama de un cliente (una
solicitud, normalmente).

•

¿Cómo se conoce la dirección IP y número de puerto del cliente?
– Cliente envía al servidor un datagrama UDP:

• Datagrama IP: contiene dirección IP de origen y destino.
• Datagrama UDP: contiene número de puerto de origen y destino.

• Cola de entrada UDP

– Normalmente, un servidor UDP gestiona múltiples peticiones de cliente en

un único puerto (nº de puerto identifica la aplicación servidora).

– Hay una cola de entrada de datagramas asociada a cada puerto UDP que

utiliza una aplicación:

• Capacidad limitada.
• Cola FIFO: los datagramas se pasan a las aplicaciones en el orden de

• Si se produce desbordamiento se descartan los datagramas.

• Varios recipientes por puerto:

– En sistemas que soportan multicast son posibles varios recipientes por

llegada.

puerto.

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TCP

•
•

•

Transmission Control Protocol – Especificado en RFC 793.
TCP proporciona un servicio de datagramas fiable, orientado a conexión y de flujo de bytes
(“byte stream”).
– Orientado a conexión: dos aplicaciones (cliente-servidor) deben establecer una

conexión TCP entre ellos antes de comenzar el intercambio de datos.

– Broadcasting y multicasting no son aplicables.
– De flujo de bytes: los dos extremos de una conexión TCP intercambian secuencias de

bytes. Los bytes los interpreta el nivel de aplicación.

Para implementar la fiabilidad TCP implementa lo siguiente:
– Divide datos de la aplicación en segmentos con la longitud más adecuada para la

aplicación.

– Asocia un temporizador con cada segmento que envía. Si no recibe el ACK del destino

a tiempo retransmite el segmento.

– Mantiene un checksum en la cabecera TCP para comprobar el segmento recibido. No

se envía ACK si el segmento es incorrecto.

– El receptor TCP reordena los segmentos, si es necesario, para pasarlos ordenados a

la aplicación (los segmentos se pueden desordenar en la transmisión).

– Descarta segmentos que se hayan podido duplicar.
– Proporciona control de flujo: un receptor TCP sólo deja transmitir al otro extremo

segmentos que pueden almacenarse en su buffer de entrada sin producirse
desbordamientos.

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TCP

• Funciones de TCP:

– Establecer y terminar conexiones
– Gestionar los buffers y ejercer control de flujo de

forma eficiente

– Multiplexar el nivel de aplicación (puertos) e

intercambiar datos con las aplicaciones

– Controlar errores, retransmitir segmentos perdidos

o erróneos y eliminar duplicados
– Efectuar control de congestión

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Cabecera TCP

Cabecera

IP

Cabecera

TCP

Datos TCP

0

16

31

Nº de puerto origen

Nº de puerto destino

Número de secuencia

Long.
cab

Reservado

Número de ACK
A
U
R
C
G
K
Checksum TCP

(6 bits)

S
Y
N

F
I
N

P
S
H

R
S
T

Tamaño de ventana

Puntero de urgencia

20 bytes

Opciones (si las hay)

Datos (si los hay)

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•

•

•

•

•

Cabecera TCP

Nº de puerto origen y destino + dir. IP origen y destino de cabecera IP identifican
unívocamente la conexión TCP.
– nº puerto + dir. IP = socket
– Conexión TCP = par de sockets
Número de secuencia: identifica el nº de byte en el flujo de bytes TCP entre el emisor y el
receptor que supone el primer byte de la sección de datos:
– Cuando se llega a 232 -1 se comienza de nuevo por 0.
– Cuando se establece una conexión, se pone a 1 el flag SYN, y la máquina selecciona

un ISN (Initial Sequence Number) para esa conexión.

Número de ACK (acknowledgment) indica el siguiente número de secuencia que el emisor
del ACK espera recibir.
– Es el nº de secuencia + 1 del último byte recibido satisfactoriamente.
– TCP proporciona una comunicación “full-duplex” al nivel de aplicación Cada

extremo mantiene su nº de secuencia.

– No existen ACK’s selectivos o negativos.
Longitud de cabecera (4 bits): tamaño de la cabecera incluyendo opciones.
– Especifica el número de palabras de 32 bits
– Valor máximo 60 bytes
Flags:
– URG: puntero de urgencia válido.
– ACK: número de ACK válido.
– PSH: el receptor debe pasar estos datos a la aplicación lo antes posible.

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Cabecera TCP

Flags:
– RST: reinicializar la conexión (reset).
– SYN: sincronizar números de secuencia para iniciar una conexión.
– FIN: el emisor finaliza el envío de datos.
Tamaño de ventana: indica el nº de bytes, comenzando por el valor del campo
de nº de acknowledge, que el receptor puede aceptar.
– Utilizado para establecer control de flujo.
– Máximo 65.535, pero existe una opción de factor de escala para

incrementar este valor.

•

•

•

• Checksum: sobre todo el segmento TCP (cabecera + datos).

– Es obligatorio: debe calcularlo el emisor y comprobarlo el receptor.
– El cálculo es similar al checksum de UDP.
Puntero de urgencia: Válido si el flag URG es 1.
– Indica un offset a añadir al nº de secuencia.
– Se utiliza para transmitir datos urgentes.

• Opciones: La más común es la opción de máximo tamaño de segmento

(Maximum Segment Size).
– MSS: Indica el máximo tamaño que quiere recibir el emisor. Se anuncia en

el primer segmento intercambiado.

• Datos: Incluye la información a intercambiar (opcional)

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Cabecera TCP: Opciones

•

Las opciones contempladas en el RFC 793 son:
– No operation: para rellenar a múltiplos de 4 bytes el campo

opciones.

kind=1
1 byte

– Maximum Segment Size

kind=2
1 byte

len=4
1 byte

MSS
2 bytes

• En el RFC 1323 se definen otras opciones (no contempladas en todas

las implementaciones):
– End of Option List

– Window Scale Factor

– Timestamp

kind=0
1 byte

kind=3
1 byte

len=3
1 byte

shift counter

1 byte

kind=8
1 byte

len=10
1 byte

timestamp

timestamp respuesta

4 bytes 4 bytes

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Multiplexación

•
•
•
•

La multiplexación se realiza mediante el puerto (origen o destino) que está entre 0 y 65535.
Los puertos 0 a 1023 están reservados para servicios “bien conocidos” (“well known ports”)
La combinación de dirección IP y puerto identifica el “socket”
Una conexión TCP queda especificada por los dos sockets que se comunican:
– Dos conexiones TCP deben tener al menos uno de los cuatro componentes distinto

(dirección IP origen y destino + puerto origen y destino)

Nivel de
aplicación

Nivel de
transporte

Nivel de

red

FTP

(Puerto 21)

Telnet

(Puerto 23)

SMTP

(Puerto 25)

UDP

TCP

IP

Puerto dest. 23

DATOS APLICACIÓN

Cabecera TCP

Protocolo 6

Cabecera IP

SEGMENTO TCP

Nivel de
enlace
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Ethertype 0800
Cabecera MAC Ethernet

DATAGRAMA IP

CRC

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