PDF de programación - Práctica 7: Protocolos de transporte en TCP/IP

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ARQUITECTURA DE REDES

Laboratorio








Práctica 7: Protocolos de transporte en TCP/IP












Grado en Ingeniería Informática
Curso 2016/17






Universidad de Alcalá
Departamento de Automática


Laboratorio de Arquitectura de Redes
Grado en Ingeniería Informática

1. OBJETIVO

Conocer las características de los protocolos de transporte de la arquitectura TCP/IP: TCP
y UDP.


2. PROTOCOLOS DE TRANSPORTE TCP/IP

TCP y UDP son los protocolos de transporte de la arquitectura TCP/IP. Se trata de dos
protocolos muy diferentes entre sí, lo que permite que se pueda seleccionar en cada caso el
más adecuado a las necesidades de la aplicación. Mientras que TCP es un protocolo
orientado a conexión y confiable, UDP ofrece un transporte poco fiable pero rápido y con
poca carga adicional en la red. En la figura 1 se muestra un esquema con los protocolos de
transporte utilizados por diferentes aplicaciones conocidas.


Figura 1: Protocolos en la arquitectura TCP/IP


En la capa de transporte se utilizan como direcciones valores de 16 bits conocidos como
puertos, que son identificadores de los buffers presentes en las máquinas involucradas en
la comunicación. Estos buffers son el interfaz entre la capa de aplicación y la de red, de
forma que cada aplicación o proceso de la capa de aplicación tiene asignado un buffer a
través del cual intercambia información con la capa de transporte. Una vez establecidos
estos buffers la capa de transporte envía esta información en bloques de tamaño adecuado a
la capa de red. De esta manera una misma máquina puede tener varios procesos
independientes que emitan o reciban paquetes a nivel de transporte, tal como se muestra en
la figura 2. Al conjunto formado por una dirección IP y el puerto del proceso origen, más
la IP y el puerto del proceso en el destino empleando un cierto protocolo de transporte
(TCP o UDP) se le conoce como socket.

En la página http://www.iana.org/assignments/port-numbers se puede obtener
una lista completa los puertos reconocidos oficialmente por IANA (Internet Assigned
Numbers Authority).






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Figura 2: Comunicación entre la capa de transporte y la de aplicación


Los puertos en el rango 1-1023 se denominan puertos bien conocidos y están reservados
para servicios clásicos; los del rango 1024-49151 son puertos registrados; el rango 49152-
65535 son puertos privados o dinámicos y son empleados para servicios temporales.


3. El PROTOCOLO DE TRANSPORTE TCP

Las principales características del protocolo TCP son las siguientes:

 Trabaja con un flujo de bytes ordenado.
 Transmisión orientada a conexión, lo que implica un procedimiento previo de

conexión y posterior de desconexión

 Fiable, ya que utiliza procedimientos de reconocimiento explícito (ACKs o

Acknowledgements) para confirmar las tramas válidas recibidas.

 Realiza control de flujo de manera que en receptor envía un ACK del siguiente
byte que puede recibir como indicador de confirmación de la correcta recepción
del byte anterior. Ante la posible ausencia de ACKs, existe un tiempo máximo de
espera transcurrido el cual se reenvía de nuevo el paquete no confirmado.


El formato del segmento TCP se muestra en la figura 3.

Figura 3: Segmento TCP



En la cabecera del segmento TCP (figura 3) se incluyen los siguientes campos:








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 Puertos origen y destino. Valores de 16 bits correspondientes a los identificadores

de los puertos de nivel de transporte.

 Número de secuencia. Coincide con la numeración del primer byte del campo de

datos.

 Número de ACK. Número del primer byte de datos que se espera recibir en el

próximo segmento.

 Lon (cuatro bits). Número de palabras de 32 bits (cuatro bytes) que forman la

cabecera TCP.

 Flags. Seis bits con significado propio:

◦ ACK. Cuando toma el valor 1 indica que el número de ACK es válido y debe

interpretarse como un reconocimiento válido

◦ PSH. Cuando toma el valor 1 indica que el proceso TCP del receptor debe pasar
los datos que tenga almacenados a la capa de aplicación sin esperar a recibir
más datos.

◦ RST. Se usa cuando ha habido un problema en la secuencia de bytes, cuando

falla un intento de iniciar conexión o para rechazar paquetes no válidos.

◦ SYN. Se utiliza para solicitar establecimiento de una conexión.
◦ FIN. Se utiliza para solicitar la liberación de una conexión.
◦ URG. Indica que el valor del campo Urgent Pointer debe ser tenido en cuenta

porque el segmento TCP incluye información urgente.

 Ventana. Sirve para informar sobre el número de bytes que el proceso TCP del
emisor del paquete es capaz de recibir en su buffer de recepción. Si vale cero indica
que no se pueden recibir datos (aunque sí se puede interpretar los paquetes con
flags ACK, RST, FIN...).

 SVT. Suma de verificación, aplicada a la cabecera y datos TCP, además de a algún

campo de la cabecera IP.

 Puntero urgente. Desplazamiento en bytes desde el número de secuencia indicado,

a partir del cual hay información urgente.

 Opciones. Permite campos adicionales.


El proceso de conexión y desconexión en TCP se muestra en la figura 4, donde cualquiera
de los hosts implicados en la comunicación puede iniciar el proceso.

Figura 4: Proceso de conexión y desconexión en TCP




Habitualmente es el cliente (A) el que envía un primer paquete TCP con el bit SYC
activado a un servidor (B) para solicitar el inicio de una conexión. El servidor puede
aceptar esa conexión contestando con un paquete TCP con el bit ACK activado, o rechazar





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la conexión enviando un TCP con el bit RST activado. Si el servidor acepta la conexión,
aprovecha el paquete TCP de ACK para enviar también su solicitud de conexión en sentido
inverso, activando el bit SYN del mismo paquete. El cliente aceptará enviando un paquete
TCP con ACK.

En el establecimiento de conexión se realiza la gestión de ciertos parámetros de la
comunicación empleando el campo de opciones de la cabecera TCP. El cliente y el
servidor pueden negociar el valor de ciertos parámetros, como el MTU a utilizar, o
informar sobre los datos que pueden a recibir sin sobrepasar sus buffers. Tras realizar la
conexión se pueden intercambiar datos con paquetes TCP.

Puesto que se usa un sistema de envío continuo, un equipo puede activar el bit de ACK de
un paquete TCP con el que envía datos para confirmar al mismo tiempo los datos
previamente recibidos.

Para la desconexión, el equipo que quiere desconectar envía un paquete TCP con el bit FIN
activado, y el otro equipo responde con un TCP con ACK activado. El que equipo que
responde puede seguir enviando datos, pero lo habitual es que también solicite
desconexión con otro paquete TCP con FIN activado.

Al contrario que otros protocolos, TCP numera los bytes que envía, no los segmentos.. Así,
un proceso TCP emisor comenzará a numerar los bytes que recibe de su aplicación, y
cuando coloque una cantidad de estos bytes es un segmento, el número de secuencia
corresponderá al número del primer byte. La numeración no tiene porque empezar por cero
para el primer byte de un flujo de datos. Desde ese momento, el proceso TCP emisor
esperará recibir un segmento TCP con ACK, y un número de ACK correspondiente al
siguiente byte que debe enviar. Pero puede ser que el proceso receptor tuviese problemas,
en cuyo caso el TCP ACK que envía indicará el número del byte a partir del cual el
proceso emisor debe reenviar datos.

Por otra parte, un proceso TCP receptor tiene un buffer en donde va acumulando los bytes
recibidos hasta que su aplicación los lee. Este buffer es limitado, y si la aplicación no lee
su contenido en durante la recepción de datos, se puede llenar. El receptor puede informar
a su emisor en todo momento de la capacidad que queda libre en ese buffer, mediante el
campo de “ventana de receptor”. Si un proceso emisor recibe un valor 0 en “ventana de
receptor”, debe interpretar que el proceso TCP receptor no puede atender más datos de
momento, y debe parar la emisión de bytes hasta que reciba un segmento con un valor de
“ventana de receptor” mayor a cero.

En el momento de establecer una conexión, los valores de “ventana de receptor” que
aparecen en los paquetes TCP SYN reflejan el tamaño máximo de los buffers de recepción
para esa conexión. Es habitual que un proceso cliente emplee un tamaño más grande que su
servidor, ya que el servidor debe repartir su memoria para atender a muchos clientes.











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4. El PROTOCOLO DE TRANSPORTE UDP



Las características principales de este protocolo son:

 Sin conexión. No emplea ninguna sincronización entre origen y destino.
 Trabaja con paquetes o datagramas enteros, no con bytes