www.pvsm.ru
sohabr.net
ВОПРОС 16 TCP_UDP
TCP
Transmission Control Protocol (TCP) (протокол управления передачей) — один из основных сетевых протоколов Интернета, предназначенный для управления передачей данных в сетях и подсетях TCP/IP.
Выполняет функции протокола транспортного уровня модели OSI.
TCP — это транспортный механизм, предоставляющий поток данных, с предварительной установкой соединения, за счёт этого дающий уверенность в достоверности получаемых данных, осуществляет повторный запрос данных в случае потери данных и устраняет дублирование при получении двух копий одного пакета (см. также T/TCP). В отличие от UDP гарантирует целостность передаваемых данных и уведомление отправителя о результатах передачи.
Реализация TCP, как правило, встроена в ядро ОС, хотя есть и реализации TCP в контексте приложения.
Когда осуществляется передача от компьютера к компьютеру через Интернет, TCP работает на верхнем уровне между двумя конечными системами, например, браузером и веб-сервером. Также TCP осуществляет надежную передачу потока байтов от одной программы на некотором компьютере к другой программе на другом компьютере. Программы для электронной почты и обмена файлами используют TCP. TCP контролирует длину сообщения, скорость обмена сообщениями, сетевой трафик.
TCP-порты
Существует набор служб (использующих для передачи данных TCP), за которыми закреплены определенные порты:
Номер последовательности
Номер последовательности выполняет две задачи:
Поскольку поток TCP в общем случае может быть длиннее, чем число различных состояний этого поля, то все операции с номером последовательности должны выполняться по модулю 2^32. Это накладывает практическое ограничение на использование TCP. Если скорость передачи коммуникационной системы такова, чтобы в течение MSL (максимального времени жизни сегмента) произошло переполнение номера последовательности, то в сети может появиться два сегмента с одинаковым номером, относящихся к разным частям потока, и приёмник получит некорректные данные.
Номер подтверждения
Если установлен флаг ACK, то это поле содержит номер последовательности, ожидаемый получателем в следующий раз. Помечает этот сегмент как подтверждение получения.
Смещение данных
Это поле определяет размер заголовка пакета TCP в 4-байтных (4-октетных) словах. Минимальный размер составляет 5 слов, а максимальный — 15, что составляет 20 и 60 байт соответственно. Смещение считается от начала заголовка TCP.
Зарезервировано
Зарезервировано (6 бит) для будущего использования и должно устанавливаться в ноль. Из них два (5-й и 6-й) уже определены:
UDP
DP (англ. User Datagram Protocol — протокол пользовательских дейтаграмм) — это транспортный протокол для передачи данных в сетях IP без установления соединения. Он является одним из самых простых протоколов транспортного уровня модели OSI. Его IP-идентификатор — 0x11.
В отличие от TCP, UDP не подтверждает доставку данных, не заботится о корректном порядке доставки и не делает повторов. Поэтому аббревиатуру UDP иногда расшифровывают как Unreliable Datagram Protocol (протокол ненадёжных датаграмм). Зато отсутствие соединения, дополнительного трафика и возможность широковещательных рассылок делают его удобным для применений, где малы потери, в массовых рассылках локальной подсети, в медиапротоколах и т.п.
Максимальная длина данных
Для вычисления максимальной длины данных в UDP-сообщении при передаче в IP сетях необходимо учесть, что UDP-сообщение в свою очередь является содержимым области данных IP-сообщения. Максимальная длина IP-сообщения (с учетом заголовка) равна 65535 октетов. Потому максимальная длина UDP-сообщения (за вычетом минимального IP-заголовка) равна 65535 − 20 = 65515 октетов. Длина заголовка UDP-сообщения равна 8 октетам, следовательно, максимальная длина данных в UDP-сообщении равна 65515 − 8 = 65507 октетов. На практике нерационально использовать максимальную величину IP пакета, так как такой размер превышает MTU основных протоколов канального уровня, и следовательно требует фрагментации IP пакета, поэтому обычно используется размер, соотнесенный с MTU используемого канального протокола.
| Октеты | IP-сообщение | |||||||
| Минимальный IP-заголовок | ||||||||
Данные IP-сообщения:
|
Псевдозаголовок
UDP-заголовок не содержит информации об адресе отправителя и получателя, поэтому даже при совпадении порта получателя нельзя с точностью сказать, что сообщение пришло в нужное место. Для проверки того, что UDP-сообщение достигло пункта своего назначения, используется дополнительный псевдозаголовок:
| Биты | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| 0-31 | IP-адрес отправителя (Source address) | |||||||||||||||||||||||||||||||
| 32-63 | IP-адрес получателя (Destination address) | |||||||||||||||||||||||||||||||
| 64-95 | Протокол (Protocol) | Длина UDP-датаграммы (UDP length) |
Поле «протокол» содержит в себе значение 17 (00010001 в двоичном виде, 0x11 — в шестнадцатеричном) — идентификатор UDP-протокола. Поле «длина UDP-датаграммы» содержит в себе длину UDP-сообщения (UDP-заголовок + данные; длина псевдозаголовка не учитывается) в октетах, то есть совпадает с одноименным полем в UDP-заголовке.
Псевдозаголовок не включается в UDP-сообщение. Он используется для расчета контрольной суммы перед отправлением сообщения и при его получении (получатель составляет свой псевдозаголовок, используя адрес хоста, с которого пришло сообщение, и собственный адрес, а затем считает контрольную сумму).
Расчёт контрольной суммы
Перед расчетом контрольной суммы UDP-сообщение дополняется в конце нулевыми битами до длины, кратной 16 битам (псевдозаголовок и добавочные нулевые биты не отправляются вместе с сообщением). Поле контрольной суммы в UDP-заголовке во время расчета контрольной суммы отправляемого сообщения принимается нулевым.
Для расчета контрольной суммы псевдозаголовок и UDP-сообщение разбивается на слова (1 слово = 2 байта (октета) = 16 бит). Затем рассчитывается поразрядное дополнение до единицы суммы всех слов с поразрядным дополнением. Результат записывается в соответствующее поле в UDP-заголовке.
В том случае, если контрольная сумма получилась равной нулю, поле заполняют единицами. Если контрольную сумму не требуется рассчитывать, значение поля оставляют нулевым.
При получении сообщения получатель считает контрольную сумму заново (уже учитывая поле контрольной суммы), и, если в результате получится двоичное число из шестнадцати единиц (то есть 0xffff), то контрольная сумма считается сошедшейся, и сообщение принимается.
Пример расчёта контрольной суммы
Для примера рассчитаем контрольную сумму нескольких 16-битных слов: 0x398a, 0xf802, 0x14b2, 0xc281. Находим их сумму с поразрядным дополнением.0x398a + 0xf802 = 0x1318c → 0x318d0x318d + 0x14b2 = 0x0463f → 0x463f0x463f + 0xc281 = 0x108c0 → 0x08c1Теперь находим поразрядное дополнение до единицы полученного результата:
0x08c1 = 0000 1000 1100 0001 → 1111 0111 0011 1110 = 0xf73e или, иначе — 0xffff − 0x08c1 = 0xf73e. Это и есть искомая контрольная сумма.
megalektsii.ru
UDP-заголовок не содержит информации об адресе отправителя и получателя, поэтому даже при совпадении порта получателя нельзя с точностью сказать, что сообщение пришло в нужное место. Для проверки того, что UDP-сообщение достигло пункта своего назначения, используется дополнительный псевдозаголовок:
| Биты | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 |
| 0-31 | IP-адрес отправителя (Source address) | |||||||||||||||||||||||||||||||
| 32-63 | IP-адрес получателя (Destination address) | |||||||||||||||||||||||||||||||
| 64-95 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | Протокол (Protocol) | Длина UDP-датаграммы (UDP length) | ||||||||||||||||||||||
Поле «протокол» содержит в себе значение 17 (00010001 в двоичном виде, 0x11 — в шестнадцатеричном) — идентификатор UDP-протокола. Поле «длина UDP-датаграммы» содержит в себе длину UDP-сообщения (UDP-заголовок + данные; длина псевдозаголовка не учитывается) в октетах, то есть совпадает с одноименным полем в UDP-заголовке.
Псевдозаголовок не включается в UDP-сообщение. Он используется для расчета контрольной суммы перед отправлением сообщения и при его получении (получатель составляет свой псевдозаголовок, используя адрес хоста, с которого пришло сообщение, и собственный адрес, а затем считает контрольную сумму).
Перед расчетом контрольной суммы UDP-сообщение дополняется в конце нулевыми битами до длины, кратной 16 битам (псевдозаголовок и добавочные нулевые биты не отправляются вместе с сообщением). Поле контрольной суммы в UDP-заголовке во время расчета контрольной суммы отправляемогосообщения принимается нулевым.
Для расчета контрольной суммы псевдозаголовок и UDP-сообщение разбивается на слова (1 слово = 2 байта (октета) = 16 бит). Затем рассчитывается поразрядное дополнение до единицы суммы всех слов с поразрядным дополнением. Результат записывается в соответствующее поле в UDP-заголовке.
В том случае, если контрольная сумма получилась равной нулю, поле заполняют единицами. Если контрольную сумму не требуется рассчитывать, значение поля оставляют нулевым.
При получении сообщения получатель считает контрольную сумму заново (уже учитывая поле контрольной суммы), и, если в результате получится двоичное число из шестнадцати единиц (то есть 0xffff), то контрольная сумма считается сошедшейся, и сообщение принимается.
Поля
Если задействован порт отправителя, то он указывает порт процесса, посылающего датаграмму. Можно принять, что это тот порт, на который при отсутствии какой-либо иной информации следует адресовать ответную датаграмму. Если данное поле не задействовано, то в него следует записать нули. Порт получателя имеет смысл только в контексте конкретного Internet адреса получателя.
Длина — длина в октетах данной датаграммы, включая как заголовок, так и данные (Это означает, что минимальное значение поля длины равно восьми).
В псевдозаголовке, который «понарошку» добавляется к UDP-заголовку, указываются адреса отправителя и получателя, номер протокола и длина UDP-датаграммы. Процедура вычисления контрольной суммы такая же, как и в протоколе TCP.
Если расчетная контрольная сумма равна нулю, то соответствующее поле заполняется всеми единицами. Если поле заполнено одними нулями, это означает, что отправитель датаграммы не вычислял контрольной суммы, что может быть сделано при отладке, а также для тех протоколов, которые не требуют точности передачи.
Здесь следует внести небольшое пояснение. При дополнении до единицы, или, что то же, при обратном представлении числа, запись со всеми нулями эквивалентна записи со всеми единицами. Обе они обозначают нуль. Поскольку первый бит является знаковым, число, состоящее из всех нулей называют положительным нулём, а состоящее из всех единиц — отрицательным. Несмотря на их математическую эквивалентность, в поле контрольной суммы UDP, как можно было видеть, они используются по-разному. Положительный ноль указывает на то, что контрольная сумма намеренно не вычислялась, а отрицательный ноль, на то, что вычисленная контрольная сумма оказалась равной нулю.
studfiles.net
