1 6 Počítačové sítě Transportní vrstva Ethernet driver ARPRARP IP ICMPIGMPOSPF TCPUDP Transportní vrstva Vrstva síťového rozhraní Síťová vrstva 17 Rozhraní protokolů SAP Rozhraní služeb Rozhraní přístupu k I/O

2 DATA Systém A Uživatel transportní služby Systém B Uživatel transportní služby Transportní entita Síťová vrstva Aplikační vrstva Transportní vrstva Služby poskytované uživateli transportu dat transport dat Služby požadované od síťové vrstvy DATA

3 Počítačové sítě Transportní vrstva Transportní vrstva poskytuje službu aplikační vrstvě –Je nejnižší vrstvou, na kterou se odvolávají síťové aplikace (uživatelské a systémové) –Transportní služba – sekvenční přenos dat mezi komunikujícími procesy –Vytváří současně více paralelních transportních spojení –Transportní vrstva zahrnuje 2 transportní protokoly UDP (User Datagram Protocol) TCP (Transmission Control Protocol) –Transportní protokoly jsou prostředkem, kterým se zajistí pro uživatelskou aplikaci spojení dvou počítačů v IP síti

4 Počítačové sítě Transportní vrstva Přístup k transportní vrstvě z vrstvy aplikační – rozhraní služeb Multiplexing transportních služeb a IP služby IP UDPTCP Aplikační protokol 2 Aplikační protokol 3 Aplikační protokol 1 Aplikační protokol 4 Aplikační protokol 5 Aplikační protokol 6 Aplikační protokol 7 porty

5 Počítačové sítě Transportní vrstva Rozhraní SAP mezi aplikační a transportní vrstvou – rozhraní služeb – identifikace aplikačního protokolu, který bude transportní službu používat Číslo portu – 16 bitová proměnná Port – SAP transportní vrstvy – „vstup“ do user-end systému Ze strany user-end systému je port schránka na obsah transportního PDU – číslo portu určuje proces, který generuje data (směr „out“) nebo je spotřebitelem dat (směr „in) Soket (socket) – IP adresa user-end systému + číslo portu – jednoznačný identifikátor poskytovatele/spotřebitele transportovaných dat v internetu (tj. síťového procesu)

6 Počítačové sítě Transportní vrstva Port –Číslo portu – dekadické vyjádření 1 – –Adresový prostor portů spravuje IANA (Internet Assigned Numbers Authority) – pevně dané hodnoty pro poskytovatele určitých síťových služeb (tj. procesy typu „server“)IANA –Oblast 1 – 1023 – „well-known“ porty pro známé síťové služby –Oblast 1024 – – možná registrace pro firemní vývoj, použití apod., jinak k disposici operačním systémům (přidělování procesům typu „klient“ – spotřebitelům síťových služeb) – porty alokované

7 Počítačové sítě Transportní vrstva KlientServer Servery používají „well-known“ porty, na kterých očekávají („naslouchají“) inicializační zprávy klienta. Typicky – procesy daemon v OS UNIX XYZXYZ ABAB Klienti používají alokované – systémem dočasně přidělené porty

8 Počítačové sítě Transportní vrstva - protokoly Protokol UDP –Služba nespojovaná (connection-less) – nespolehlivá, transport nelze řídit –Velmi efektivní – rychlá, malá provozní režie –Používá se pro aplikace s malým objemem přenášených dat (zprávy se stanovenou velikostí apod.) pro aplikace vyžadujících broadcast nebo multicast pro aplikace, které si správnost datových přenosů samy zabezpečí

9 Počítačové sítě Transportní vrstva Typický spotřebitel transportní služby UDP - programy pro systémové síťové služby –šíření směrovacích informací – implementace protokolu RIP – šíření systémových hodin – implementace protokolu NTP –překlady doménových jmen – implementace protokolu DNS –správa IP sítí – implementace protokolu SNMP –aj.

10 Počítačové sítě Transportní vrstva - protokol UDP Formát PDU protokolu UDP – UDP datagram (UDP paket) UDP záhlavíUDP data Zdrojový port Délka paketuChecksum Cílový port Checksum – kontrolní součet UDP paketu + UDP pseudozáhlaví Zdrojová IP adresa Délka paketu Cílová IP adresa Protokol0

11 Počítačové sítě Transportní vrstva UDP paket v IP datagramu –typicky je jeden UDP paket vysílán v jednom IP datagramu IP záhlavíUDP záhlaví UDP data (PDU aplikačního protokolu) 20B8B

12 Počítačové sítě Transportní vrstva Protokol TCP –Služba spojovaná (connection- oriented), spolehlivá –Typ služby - PAR (Positive Acknowledgement with Retransmission) –Zajistí doručení datových segmentů ve stejném pořadí, v jakém byly odeslány s vyloučením ztráty, bitové nesprávnosti a duplicity Protokol TCP –Vytvoří mezi komunikujícími procesy (jejich porty) virtuální osmibitový full-duplex komunikační kanál –Pojem: TCP spojení – dvojice komunikujících soketů

13 Počítačové sítě Transportní vrstva –Typicky používají transportní službu TCP uživatelské síťové aplikace (přenos souborů mezi síťovými uzly – FTP, relace přes síťový terminál – TELNET, přístup ke zdrojům systému WWW – HTTP, předávání elektronických poštovních zpráv –SMTP, atd.) –Komunikace mezi procesy probíhá ve fázích 1.vytvoření spojení 2.řízený přenos proudu dat (sekvence datových segmentů) s eventuálním opakovaném odesláním nekorektně přijatých segmentů 3.ukončení spojení

14 Počítačové sítě Transportní vrstva Přístup k transportní vrstvě z vrstvy aplikační – rozhraní služeb Multiplexing transportních služeb a IP služby IP UDPTCP RIP RTPSNMP DNS SMTP HTTP FTP TELNET porty

15 Počítačové sítě Transportní vrstva Formát TCP záhlaví Pořadové číslo – Sequence Number ChecksumUrgent Pointer TCP volby (Options) Pořadové číslo potvrzení – Acknowledgement Number Window Size Zdrojový portCílový port OffsetŘídící bity --- TCP data

16 Počítačové sítě Transportní vrstva Sequence Number (SN) –je-li nastaven flag SYN, potom je SN počáteční číslo sekvence (ISN – Initial Sequence Number) –není-li nastaven flag SYN, potom je SN pořadové číslo prvního datového oktetu v segmentu (vzhledem k celé sekvenci přenášených dat v rámci tohoto TCP spojení) Acknowledgement Number (ACKN) – potvrzovací číslo – musí být vysíláno během celého TCP spojení – představuje SN následujícího segmentu (tj. který je očekáván) (viz protokol Positive Acknowledgement with Retransmission) Data Offset = délka záhlaví = počátek dat (udáváno ve „slovech“ - 4 oktety)

17 Počítačové sítě Transportní vrstva Řídící bity – Flags10 15 –URG – určuje platnost pole URGENT POINTER –ACK - určuje platnost pole ACKN –PSH – oznamuje, že segment obsahuje data, která se mají bezprostředně předat cílovému procesu –RST – vyvolá reset TCP spojení –SYN – iniciuje TCP spojení, vyvolá proces synchronizace, tj. výměnu SN obou stran –FIN – iniciuje ukončovací proces TCP spojení (zpravidla v případě konce sekvence dat) Řídící bity URGACKPSHRSTSYNFIN

18 Počítačové sítě Transportní vrstva Window Size – určuje velikost „sliding window“ – max (počet oktetů, které je možno přenést bez ACK) Checksum – kontrolní součet (včetně TCP pseudozáhlaví – viz. UDP pseudozáhlaví) UDP pseudozáhlaví Urgent Pointer – specifikuje offset posledního oktetu urgentních dat (spolu s řídícím bitem URG) TCP volby –pole proměnné délky (dorovnává se na hranici 2 oktetů) –TCP volby –Maximum segment size (2, 4) – udává maximální možnou velikost segmentu přenášeného v rámci TCP spojení (max B) –Window Scale Factor (3, 3) – umožní zvětšení velikosti „plovoucího okna“ ( x 2 14 ) –Timestamp (8, 10) – nastavení časových známek na každý přenášený segment – pro měření RTT TypDélka Data

19 Počítačové sítě Transportní vrstva TCP spojení: socket Asocket B Příklad: služba SSH: serverklient TCP spojení – dynamický objekt v definovaném stavu Stav TCP spojení určuje jeho předchozí stav a časově závislá událost –předání řídící informace spojení (TCP protokol) –příkaz aplikace (požadavek na spuštění služby, požadavek na přenos dat aplikace, požadavek na ukončení přenosu dat aplikace) V OS Unix TCP spojení obsluhuje jádro –Parametr jádra – maximální počet otevřených TCP spojení –Tabulky TCP spojení (datové struktury) – utilita netstat

20 Aplikace TCP/UDP TCP/UDP aplikace server X server K klient W klient Z server Y klient J server J klient Y server Z klient X klient K TCPTCP TCPTCP UDPUDP UDPUDP Porty Well-known alokovaný

Počítačové sítě Transportní vrstva Mechanismy řízení TCP spojení Synchronizace komunikujících stran – ve fázi inicializace (otevírání) TCP spojení si strany vymění svá počáteční sekvenční čísla (ISN – Initial Sequence Number). Posloupnost přijímaných segmentů TCP PDU (segmentů) – PAR – strana potvrzuje korektní přijetí předchozích segmentů pořadovým číslem segmentu následujícího, tzn. ack B = seq A + 1 a seq B = ack A – 1 Řízení toku – zamezení zahlcení virtuálního kanálu – metoda „Sliding Window“ – postupné zvyšování velikosti – strana přijímací data aplikace určuje maximum – při velikosti okna = 0 spojení zůstává otevřené„Sliding Window“ 21

22 Počítačové sítě Transportní vrstva Stavy TCP spojení při normálním průběhu otevírání Klient Server LISTEN (passive open) (active open) SYN_SENT ESTABISHED SYN seq J SYN seq K, ack J+1 ack K+1, seq J + 1 SYN_RCVD

23 Počítačové sítě Transportní vrstva KlientServerKlientServer ESTABISHED seq K+1 ack J+1 seq K+2 ack J+2 seq J+1 ack K+2 seq J+2 ack K+3 Jednoduché potvrzováníŘízení „Sliding Window“ (= 3) ESTABISHED seq 2 ack 1 S A S A

24 Počítačové sítě Transportní vrstva Stavy TCP spojení při normálním průběhu uzavírání Klient Server (active close) FIN_WAIT_1 FIN_WAIT_2 CLOSE_WAIT (passive close) FIN seq M ack M+1 ack N+1 FIN seq N TIME_WAIT LAST_ACK CLOSED

25 Počítačové sítě Transportní vrstva Přechodový diagram stavů TCP spojení