Contenido Introducción Capa 1 – Capa Física Capa 2 – Capa de Enlace de Datos Capa 3 – Capa de Red Capa 4 – Capa de Transporte Capa 5 – Capa de Aplicación Redes de Alta Velocidad

Capa 4 – Capa de Transporte Introducción Puertos y Socket TCP y UDP Control de Flujo

Introducción Únicamente se preocupa de la transmisión origen-destino. Podemos ver esta capa es como una canalización fiable que une un proceso de un host con otro proceso de otro host. Un host puede tener varios procesos ejecutándose: uno para mensajería y otro para transferir archivos, por ejemplo. No se preocupa del camino intermedio que siguen los fragmentos de los mensajes. Integra control de flujo y control de errores, de forma que los datos lleguen correctamente de un extremo a otro. Confiabilidad del Transporte de los datos. Establecer, Manterner y Terminar circuitos virtuales. Deteccion y recuperacion de fallas. Control del Flujo de la informaci’on. Ejemplos: TCP, UDP

Puertos Cada proceso que se desea comunicar con otro se identifica en la pila de protocolos TCP/IP con uno o más puertos. Un puerto es un número de 16 bits, empleado por un protocolo host a host para identificar a que protocolo del nivel superior o programa de aplicación se deben entregar los mensajes recibidos. Estos puertos son controlados y asignados por IANA ("Internet Assigned Numbers Authority"). Ocupan número de puerto comprendidos en el rango de 0 a 1023. Los puertos con números en el rango de 1024 a 65535 no los controla IANA y en la mayor parte de los sistemas los pueden usar los programas de usuario.

Ejemplos de Puertos Protocolo Puerto Descripción echo 7/tcp/udp Echo (Ping) ftp 20/tcp Ftp Command ftp 21/tcp File Transfer telnet 23/tcp Telnet smtp 25/tcp Simple Mail Transfer domain 53/tcp/udp Domain Name Server tftp 69/udp Trivial File Transfer www-http 80/tcp World Wide Web HTTP pop3 110/tcp Post Office Protocol - Version 3 snmp 161/udp SNMP

Socket Un zócalo es un tipo especial de descriptor de fichero que un proceso usa para solicitar servicios de red al sistema operativo. Una dirección de zócalos es la tripleta: {protocolo, dirección local, proceso local } En la pila TCP/IP, por ejemplo: {tcp, 193.44.234.3, 12345} Una conversación es el enlace de comunicaciones entre dos procesos. Una asociación es la quíntupla que especifica completamente los dos procesos comprendidos en una conexión: {protocolo, dirección local, proceso - local, dirección exterior, proceso exterior} {tcp, 193.44.234.3, 1500, 193.44.234.5, 21}

UDP (User Datagram Protocol) UDP es un protocolo estándar, el RFC 768 - "User Datagram Protocol" describe UDP. Para IP, UDP es básicamente un interfaz de aplicación. No añade fiabilidad, control de flujo o recuperación de errores a IP. Simplemente sirve como "multiplexor/ demultiplexor" para enviar y recibir datagramas, usando los puertos para dirigir los datagramas tal como se muestra

Datagrama UDP Cada datagrama UDP se envía en un sólo datagrama de IP. Aunque el datagrama IP se fragmente durante la transmisión, la implementación de IP que lo reciba lo reensamblará antes de pasárselo a la capa de UDP. Todas las implementaciones de IP deben aceptar datagramas de 576 bytes, lo que significa que si se supone un tamaño máximo de 60 bytes para la cabecera IP, queda un tamaño de 516 bytes para el datagrama UDP, aceptado por todas las implementaciones. Puerto UDP de origen (16 bits, opcional). Número de puerto de la máquina origen. Puerto UDP de destino (16 bits). Número de puerto de la máquina destino. Longitud del mensaje UDP (16 bits). Especifica la longitud medida en bytes del mensaje UDP incluyendo la cabecera. La longitud mínima es de 8 bytes. Suma de verificación UDP (16 bits, opcional). Suma de comprobación de errores del mensaje. Para su cálculo se utiliza una pseudo-cabecera que también incluye las direcciones IP origen y destino. Para conocer estos datos, el protocolo UDP debe interactuar con el protocolo IP. Datos. Aquí viajan los datos que se envían las aplicaciones. Los mismos datos que envía la aplicación origen son recibidos por la aplicación destino después de atravesar toda la Red de redes.

TCP (Transmission Control Protocol) TCP es un protocolo estándar, el RFC 793 – TCP (Transmission Control Protocol). TCP proporciona una cantidad considerablemente mayor de servicios a las aplicaciones que UDP, la recuperación de errores, control de flujo y fiabilidad. Se trata de un protocolo orientado a conexión a diferencia de UDP. La mayoría de los protocolo de aplicación de usuario, como TELNET y FTP, usan TCP. TCP se puede caracterizar por los siguientes servicios que suministra a las aplicaciones que lo usan: Transferencia de datos a través de un canal Desde el punto de vista de la aplicación, TCP transfiere un flujo continuo de bytes a través de Internet. La aplicación no ha de preocuparse de trocear los datos en bloques o en datagramas. TCP se encarga de esto al agrupar los bytes en segmentos TCP, que se pasan a IP para ser retransmitidos al destino. Además, TCP decide por sí mismo cómo segmentar los datos y puede enviarlos del modo que más le convenga. Fiabilidad TCP asigna un número de secuencia a cada byte transmitido, y espera una reconocimiento afirmativo(ACK) del TCP receptor. Si el ACK no se recibe dentro de un intervalo de timeout, los datos se retransmiten. Como los datos se transmiten en bloques(segmentos de TCP), al host de destino sólo se le envía el número de secuencia del byte de cada segmento. El TCP receptor utiliza los números de secuencia para organizar los segmentos cuando llegan fuera de orden, así como para eliminar segmentos duplicados. Control de flujo El TCP receptor, al enviar un ACK al emisor, indica también el número de bytes que puede recibir aún, sin que se produzca sobrecarga y desbordamiento de sus buffers internos. Este valor se envía en el ACK en la forma del número de secuencia más elevado que se puede recibir sin problemas. Este mecanismo se conoce también como mecanismo de ventanas y se estudiará posteriormente en este capítulo. Multiplexación Se consigue usando puertos, al igual que en UDP. Conexiones lógicas La fiabilidad y el control de flujo descritos más arriba requieren que TCP inicialice y mantenga cierta información de estado para cada canal. La combinación de este estado, incluyendo zócalos, números de secuencia y tamaños de ventanas, se denomina conexión lógica. Cada conexión se identifica unívocamente por el par de zócalos del emisor y el receptor. Full Duplex TCP garantiza la concurrencia de los flujos de datos en ambos sentidos e la conexión.

Datagrama TCP Puerto fuente (16 bits). Puerto de la máquina origen. Al igual que el puerto destino es necesario para identificar la conexión actual. Puerto destino (16 bits). Puerto de la máquina destino. Número de secuencia (32 bits). Indica el número de secuencia del primer byte que trasporta el segmento. Número de acuse de recibo (32 bits). Indica el número de secuencia del siguiente byte que se espera recibir. Con este campo se indica al otro extremo de la conexión que los bytes anteriores se han recibido correctamente. HLEN (4 bits). Longitud de la cabecera medida en múltiplos de 32 bits (4 bytes). El valor mínimo de este campo es 5, que corresponde a un segmento sin datos (20 bytes). Reservado (6 bits). Bits reservados para un posible uso futuro. Bits de código o indicadores (6 bits). Los bits de código determinan el propósito y contenido del segmento. A continuación se explica el significado de cada uno de estos bits (mostrados de izquierda a derecha) si está a 1. URG. El campo Puntero de urgencia contiene información válida. ACK. El campo Número de acuse de recibo contiene información válida, es decir, el segmento actual lleva un ACK. Observemos que un mismo segmento puede transportar los datos de un sentido y las confirmaciones del otro sentido de la comunicación. PSH. La aplicación ha solicitado una operación push (enviar los datos existentes en la memoria temporal sin esperar a completar el segmento). RST. Interrupción de la conexión actual. SYN. Sincronización de los números de secuencia. Se utiliza al crear una conexión para indicar al otro extremo cual va a ser el primer número de secuencia con el que va a comenzar a transmitir FIN. Indica al otro extremo que la aplicación ya no tiene más datos para enviar. Se utiliza para solicitar el cierre de la conexión actual. Ventana (16 bits). Número de bytes que el emisor del segmento está dispuesto a aceptar por parte del destino. Suma de verificación (24 bits). Suma de comprobación de errores del segmento actual. Para su cálculo se utiliza una pseudo-cabecera que también incluye las direcciones IP origen y destino. Puntero de urgencia (8 bits). Se utiliza cuando se están enviando datos urgentes que tienen preferencia sobre todos los demás e indica el siguiente byte del campo Datos que sigue a los datos urgentes. Esto le permite al destino identificar donde terminan los datos urgentes. Nótese que un mismo segmento puede contener tanto datos urgentes (al principio) como normales (después de los urgentes). Opciones (variable). Si está presente únicamente se define una opción: el tamaño máximo de segmento que será aceptado. Relleno. Se utiliza para que la longitud de la cabecera sea múltiplo de 32 bits. Datos. Información que envía la aplicación.

Protocolo de Ventana Corrediza Protocolo en el que el emisor agrupa los paquetes que va a transmitir empleando las siguientes regla: El emisor puede enviar todos los paquetes dentro de la ventana sin recibir un ACK, pero debe disparar un cronómetro para el timeout para cada uno de ellos. El receptor debe reconocer cada paquete recibido, indicando el número de secuencia del último paquete bien recibido. El emisor desliza la ventana para cada ACK recibido. Como TCP proporciona una conexión con un flujo de bytes, los números de secuencia se asignan a cada byte del canal. TCP divide el flujo de bytes en segmentos. El principio de la ventana se aplica a nivel de bytes; es decir, los segmentos enviados y los ACKs recibidos llevarán números de secuencia de forma que el tamaño de la ventana se exprese con un número de bytes, en vez del de paquetes. El tamaño de la ventana lo determina el receptor, cuando se establece la conexión, y puede variar durante la transmisión de datos. Cada ACK incluirá el tamaño de la ventana que acepta el receptor en ese momento. Puerto fuente (16 bits). Puerto de la máquina origen. Al igual que el puerto destino es necesario para identificar la conexión actual. Puerto destino (16 bits). Puerto de la máquina destino. Número de secuencia (32 bits). Indica el número de secuencia del primer byte que trasporta el segmento. Número de acuse de recibo (32 bits). Indica el número de secuencia del siguiente byte que se espera recibir. Con este campo se indica al otro extremo de la conexión que los bytes anteriores se han recibido correctamente. HLEN (4 bits). Longitud de la cabecera medida en múltiplos de 32 bits (4 bytes). El valor mínimo de este campo es 5, que corresponde a un segmento sin datos (20 bytes). Reservado (6 bits). Bits reservados para un posible uso futuro. Bits de código o indicadores (6 bits). Los bits de código determinan el propósito y contenido del segmento. A continuación se explica el significado de cada uno de estos bits (mostrados de izquierda a derecha) si está a 1. URG. El campo Puntero de urgencia contiene información válida. ACK. El campo Número de acuse de recibo contiene información válida, es decir, el segmento actual lleva un ACK. Observemos que un mismo segmento puede transportar los datos de un sentido y las confirmaciones del otro sentido de la comunicación. PSH. La aplicación ha solicitado una operación push (enviar los datos existentes en la memoria temporal sin esperar a completar el segmento). RST. Interrupción de la conexión actual. SYN. Sincronización de los números de secuencia. Se utiliza al crear una conexión para indicar al otro extremo cual va a ser el primer número de secuencia con el que va a comenzar a transmitir (veremos que no tiene porqué ser el cero). FIN. Indica al otro extremo que la aplicación ya no tiene más datos para enviar. Se utiliza para solicitar el cierre de la conexión actual. Ventana (16 bits). Número de bytes que el emisor del segmento está dispuesto a aceptar por parte del destino. Suma de verificación (24 bits). Suma de comprobación de errores del segmento actual. Para su cálculo se utiliza una pseudo-cabecera que también incluye las direcciones IP origen y destino. Puntero de urgencia (8 bits). Se utiliza cuando se están enviando datos urgentes que tienen preferencia sobre todos los demás e indica el siguiente byte del campo Datos que sigue a los datos urgentes. Esto le permite al destino identificar donde terminan los datos urgentes. Nótese que un mismo segmento puede contener tanto datos urgentes (al principio) como normales (después de los urgentes). Opciones (variable). Si está presente únicamente se define una opción: el tamaño máximo de segmento que será aceptado. Relleno. Se utiliza para que la longitud de la cabecera sea múltiplo de 32 bits. Datos. Información que envía la aplicación.

Reconocimientos y Retransmisiones TCP envía los datos en segmentos de longitud variable. Los números de secuencia se basan en una cuenta de los bytes. Los reconocimientos especifican el número de secuencia del siguiente byte que el receptor espera recibir. Si un segmento se pierde o se corrompe. En ese caso, el receptor reconocerá cualquier segmento sucesivo con un reconocimiento referido al primer byte del paquete perdido. Finalmente, se producirá un timeout y el segmento perdido se retransmitirá. Conectar Ack: Tamaño de Ventana = 10.000 bytes Transmitir: 3.200 bytes Transmitir: 4.100 bytes Transmitir: 3.450 bytes Transmitir: 2.812 bytes Transmitir: 4.032 bytes Transmitir: 2.900 bytes