Aula26

User Datagram Protocol (UDP)

Redes de Computadores ! Descrito na RFC 768
Instituto de Informática - UFRGS

! PDU do UDP é denominada datagrama
! Orientado a mensagem
Protocolos de Transporte na Internet ! Protocolo de transporte da família TCP/IP não orientado à conexão
UDP e TCP ! Por não executar controle de fluxo, de erro e de ordenamento, possui baixo
custo de processamento

! Em relação ao IP agrega funcionalidade de multiplexação e demultiplexação
e detecção de erros
! Processos origem e destino são identificados através de portas

A. Carissimi -30-nov.-09
Aula 26
Redes de Computadores 2

Formato do datagrama UDP Campos do datagrama UDP

32 bits ! Porta fonte
IP Header DATA ! Associada ao processo de origem
Trasnferência

Source Port Destination Port DATA ! Permite ao destino retornar mensagens ao processo de origem
length Checksum
DATA ! Porta destino
! Usada para demultiplexação das mensagens encapsuladas nos datagramas
! Tamanho


Cabeçalho 802.3 ! Tamanho total do datagrama UDP (inclui cabeçalho + dados)
Cabeçalho IP
Data ! Checksum
Cabeçalho UDP
! Verificação da integridade dos dados (complemento de 1 em 16 bits)


! Calculado sobre um pseudo-cabeçalho (IP destino, IP fonte, campo protocolo,
tamanho TPDU e a constante zero), o cabeçalho UDP e os dados
! Dados
Área de dados UDP
PDU – Protocol Data Unit Área de dados IP
Área de dados 802.3
Redes de Computadores 3 Redes de Computadores 4

Razões para usar UDP Transmission Control Protocol (TCP)

! Melhor controle dos dados enviados ! Descrito nas RFCs 793, 1122, 1323, 2018 e 2581
! Dados da aplicação são empacotados pelo UDP e enviados ao IP ! Protocolo orientado a conexão
! Cada mensagem aplicação deve caber em um datagrama UDP
! PDU do TCP é denominada de segmento
! Desejável que caiba em um datagrama IP para evitar fragmentação
! Mensagens geradas por processos são fragmentadas em segmentos TCP
! Não há estabelecimento de conexão ! Abordagem baseada em fluxo de dados (data stream)
! Não há atrasos (troca de T-PDUs e processamento)

! Trata os dados como uma cadeia continua de bytes
! Não há estados de conexão a monitorar/gerenciar ! Decide como agrupar os bytes em segmentos
! Não faz controle de perda, repetição, ordenamento e congestionamento
! Fornece comunicação confiável ponto a ponto entre dois processos
! Usado em aplicativos que toleram erros de entrega

! Cada conexão TCP envolve exatamente duas extremidades
! Cabeçalho simplificado ! Envio pode ocorrer entre uma ou outra direção de uma mesma conexão TCP


Serviços oferecidos pelo TCP a aplicativos Segmento TCP

Orientado a conexão 32 bits
! Transferência confiável de dados dentro de um canal lógico, a !
Controle de erro e fluxo IP Header
conexão ! Urgent pointer
! Garantia de entrega e de ordem Ack Source Port Destination Port
! Interface data stream (visão da aplicação) Sequence Number
! Gerenciamento da conexão Push
! Os dados são tratados como uma seqüência de bytes sem estrutura alguma Rst Acknowledgment Number
! Não há noção de registro/bloco/pacote para envio ou recepção Syn Hlen Flags Window
Cabeçalho 802.3
Fin Checksum Urgent Pointer
Cabeçalho IP


Options+padding
Cabeçalho TCP

Data


Área de dados TCP
Área de dados IP
Área de dados 802.3 PDU – Protocol Data Unit


Os campos mais simples primeiro: hlen, flags... ...checksum, options e padding

! Hlen ! Checksum
! Fornece o tamanho do cabeçalho TCP em múltiplos de 4 bytes (palavra) ! Verificação da integridade dos dados (complemento de 1 em 16 bits)
! Tipicamente assume o valor 5 (20 bytes), exceto quando há options ! Calculado sobre um pseudo-cabeçalho (IP destino, IP fonte, campo protocolo,
! Flags tamanho da TPDU e a constante zero), o cabeçalho TCP e os dados
! Indica o propósito e o tipo do segmento ! Options
! URG: segmento transporta dados urgentes ! Lista variável de informações e parâmetros para o TCP

! ACK: segmento transporta uma confirmação positiva ! Usado principalmente para definir o tamanho máximo de um segmento (MSS)
! PSH: mecanismo push foi adotado no envio do segmento ! Padding
! RST: a conexão deve ser imediatamente abortada (reset) ! Usado para “arrendondar” o número de bytes do cabeçalho para este ter

! SYN: segmento transporta requisição de abertura de conexão sempre um número inteiro de palavras de 32 bits.
! FIN: segmento transporta requisição de encerramento da conexão


Conexão TCP TCP: Controle de seqüência

SYN
! Objetivo:
Estabelecimento

SYN/ACK
! Garantir que dados são recebidos na ordem em que foram emitidos (e sem
ACK duplicação)
! O protocolo TCP faz isso através de um número de seqüência
Campos sequence number, DATA ! Número inicial é negociado durante o estabelecimento da conexão
Trasnferência

acknowledgement number, window DATA/ACK ! Cada byte possui um número de seqüência


e urgent pointer são usados nos
ACK ! Indica sempre o primeiro byte de dados contido no segmento
mecanismos de controle de erro e
de fluxo (ordenamento). ! É o número que está no campo sequence number (SN)
FIN
! Usado para manter ordenamento e detectar duplicação

Encerramento

ACK
FIN
150 151 198 199 200 201 348 349 350 351 448 449
ACK
Segmento 150 Segmento 200 Segmento 350


TCP: Controle de erros Controle de erros (cont.)

! Objetivo: ! Baseado em:
! Garantir o recebimento correto de T-PDUs ! Checksum: detecção de erros
! No protocolo TCP é baseado em ! timeout : segmentos não confirmados são reenviados
! Confirmação positiva (ACK) ! confirmações positivas
! Destino envia mensagem acusando correto recebimento de um segmento
! Ações
! Confirmação (ACK) pode ser enviada em pigbacking com o fluxo de
! Segmento com erro → descartado

dados no sentido inverso
! Confirmação acumulativa (similar ao go-back N) ! Segmento perdido → retransmitido por time-out
! Diversos segmentos consecutivos podem ser confirmados por uma única ! Fora de ordem → ordena no buffer, confirma após ordenado (sem perdas)
mensagem ! Duplicados → descarta

! RFC 2018, permite o reconhecimento seletivo (similar ao selective
repeat)
! Retransmissão por time-out


TCP: Confirmação positiva TCP: Retransmissão

! Baseado no valor do campo acknowledge number (ACK) ! O protocolo TCP emprega timeout por segmentos
! Indica o número de seqüência do próximo byte que espera receber ! Processo origem dispara um timeout para cada segmento enviado
! Informa o correto recebimento dos bytes com número de seqüência inferiores ! Segmento é retransmitido quando a origem não recebe a confirmação antes
ao da mensagem de confirmação da expiração do temporizador
! O bit de ACK do campo de flags deve estar ativo para dar significado ao ! Tratamento da duplicação é feito pelo sequence number
campo acknowledgement number
! Destino espera segmento com número x, qualquer segmento com número


inferior é considerado duplicado e é descartado

150 151 198 199 200 201 348 349 350 351 448 449


SN=150 SN=200 SN=350

ACK=200 ACK=350 ACK=450


TCP: Controle de fluxo Campo window: controle de fluxo

! Baseado em um esquema de crédito (genérico) ! Origem do segmento informa o tamanho do seu buffer de recepção
! Variação de janela deslizante onde os buffers de transmissão e recepção são (janela) a partir do último byte que confirmou
de tamanho variável (blocos múltiplos de bytes) ! RcvWindow = RcvBuffer – [ LastByteRcvd – LastByteRead ]
! Emissor tem crédito para enviar até n blocos de bytes ao destino
! Segmento ao ser aceito (processado), o destino renova a quantidade de ! Questão paralela: como se sabe o tamanho da área de dados?
créditos por um valor c (0 < c ≤ n)
! Tamanho TPDU (informado no IP) – Tamanho do cabeçalho TCP

! Créditos podem ser renegociados
! Máximo teórico é 65535 – 20 – 20, mas é definido através do MSS (Maximum
! No protocolo TCP Segment Size) divulgado por um host no momento do estabelecimento da
! Janela deslizante orientada a byte, i.é., cada byte se comporta como um buffer conexão

! Tamanho máximo da janela é negociado no estabelecimento da conexão ! Valor default: 536 bytes
! Confirmações (ACKs) servem renovar os créditos ! Ethernet: 1460 bytes


Transferência de dados: urgent data Transferência de dados: mecanismo data stream push (bit PSH)

! Flag URG indica a presença de dados “urgentes” no segmento ! Buffer de transmissão do TCP tenta otimizar uso da rede
! Usuário (processo) destino decide o que fazer ! Objetivo é diminuir a quantidade de segmentos na rede, bufferizando os
! O campo urgent pointer sinaliza a posição em que termina os dados urgentes dados e enviando quando eles atinjam uma determinada quantidade
! Problema: prejudicar tempo de resposta da aplicação (ex. telnet)
cabeçalho ! Bit PSH
! Processo origem pode solicitar a transmissão de dados até esse momento


T-PDU dados urgent ! Força a geração de um segmento com os dados disponíveis
pointer
! Indica que a entidade de transporte deve repassar imediatamente o segmento
para o processo destino


! Possibilidade raramente usada no TCP ! Encaminha todos os bytes que estão no buffer e não apenas os do
segmento identificado com o PSH
! Necessário que o processo destino priorize os dados (não seria
responsabilidade da aplicação?)


Conexão na presença de erros: problemas Problema: segmentos de conexões anteriores

! Estabelecimento da conexão ! Problema:
! Baseado em dois TPDUs SYN (two way handshake) ! T-PDU de uma conexão j chega em uma
! Perda de qualquer um dos SYN provoca retransmissão (tratar duplicados) conexão j+1
! Sistema se resincroniza
! Chegada atrasada da T-PDU SYN provoca interpretação erradas de conexão
! Transferência de dados: controle de fluxo e de erro

! Solução:
! TPDUs ainda válidos de conexões anteriores chegando atrasadas
! Iniciar cada conexão com um número de
! Encerramento da conexão seqüência a partir do último da conexão
! Chegada de pedidos de encerramento atrasados mais recente

! Encerramento feito antes de receber todos os segmentos de dados ! TPDUs SYN incluem números de
seqüência
! SYN i


Mais problemas: atraso na T-PDU de controle Three-way handshake

! T-PDU que chega atrasado é um T-PDU SYN i ! Solução para problema do two-way handshake
! Formalmente provado que a troca de 3 mensagens é condição
necessária e suficiente para assegurar um acordo não ambíguo
entre duas partes
! Mesmo considerando perdas, duplicação e atrasos
! Basicamente consiste em cada lado confirmar o recebimento de T-


PDUs de abertura de conexão e número de seqüência


B pensa que está abrindo conexão que espera números de seqüência a partir de i e
responde a partir de j. A considera que a conexão é com k e j. Ao chegar segmento
com k, B descarta como erro por não pertencer a conexão negociada!!


Estabelecimento de conexão Ainda problemas: Encerramento de conexão

! Three way handshake ! Baseado em duas T-PDUs FIN (two way handshake)
! Entre pares de porta ! Apresenta problemas similares ao estabelecimento da conexão
Host 1 Host 2 ! Perdas de TPDUs e TPDUs atrasadas
! Problema:
envia SYN seq=x (SN=i; m)

recebe SYN (FIN)

envia SYN seq=y, ACK x+1
recebe SYN seq=y, ACK x+1 PERDA !!!
envia SEQ x+1, ACK y+1
! Solução: numerar TPDUs FIN

recebe SEQ=x+1, ACK y+1
(SN=i; m)
Espera dados chegarem antes (FIN i+m+1)
de encerrar a conexão.
Posterga!

Encerramento de conexão simétrico Diagrama de estados conexão TCP

Lado Cliente Lado Servidor
! Antes de receber a confirmação do encerramento (TPDU FIN da
outra entidade) ainda recebe TPDUs de dados CLOSED CLOSED
Espera 30s Recebe ACK
Envia SYN Envia SYN
FIN seq =x
Recebe FIN seq = x TIME_WAIT SYN_SENT LAST_ACK LISTEN
Envia ACK = x+1
Recebe ACK = x + 1 Recebe SYN+ACK Recebe SYN


Recebe FIN Envia FIN
Envia ACK Envia SYN+ACK
...

Envia ACK
Envia FIN seq = y ACK = x+1
Recebe FIN seq=y ACK=x+1 FIN_WAIT_2 ESTABLISHED CLOSE_WAIT SYN_RCVD
Envia ACK=y+1


Envia FIN Recebe ACK
Recebe ACK=y+1 Recebe ACK Recebe FIN
FIN_WAIT_1 Envia ACK ESTABLISHED





Análise da sessão ftp Recuperação de falhas (crash recovery)

[SYN] seq=0 MSS=1460 ! Em caso de falhas as informações de estado de uma conexão são
perdidas por um lado, o outro mantém meia-conexão
[SYN, ACK] seq=0, ack=1, W=5840, MSS=1460

CRASH CRASH
[ACK] seq=1, ack=1 (SN=i, m) (SN=i, m)
17520 220 FTP server Ready ... (23 bytes) Time-out
Time-out
REBOOT


[ACK] seq=1, ack=1
17497 (SN=i, m)
Time-out
[ACK] seq=1, ack=24
(SN=i, m)
Time-out (SN=i, m)


[ACK] seq=1, ack=24 (RST i)
USER asc.. (10 bytes)
REBOOT
[ACK] seq=24, ack=11
Reseta a meia conexão por excesso de Reseta a meia conexão por receber
retransmissões comando de reset (RST)

Leituras complementares

! Stallings, W. Data and Computer Communications (6th edition),
Prentice Hall 1999.
! Capítulo 15, seção 15.3, 15.4
! Tanenbaum, A. Redes de Computadores (4a edição), Campus,
2000.
! Capítulo 6, seção 6.1, 6.2 e 6.3

! Carissimi, A.; Rochol, J; Granville, L.Z; Redes de Computadores.
Série Livros Didáticos. Bookman 2009.
! Capítulo 6, seções 6.4 e 6.5

Redes de Computadores 33

Aula26

Recomendados

Recomendados

Más contenido relacionado

La actualidad más candente

La actualidad más candente (16)

Similar a Aula26

Similar a Aula26 (20)

Más de redesinforma

Más de redesinforma (20)

Último

Último (20)

Aula26