Přednášky

dy použít pro broadcasty a multicasty
má minimální přenosovou režii (žádné potvrzování,..)
Navíc oproti IP protokolu poskytuje:
doručování na porty
kontrolní součet (není povinný)
Protokol UDP používají aplikace tehdy, když potřebují rychlou a efektivní komunikaci a nepožadují spolehlivost… Protokol UDP Počítačové sítěVUT v BrněFakulta podnikatelská Lekce 8– Transportní vrstva v TCP/IP Ing. Viktor Ondrák, Ph.D. strana * Source portčíslo odesílajícího portu
Destination portčíslo portu příjemce
Délkacelková délka datagramu (hlavička + data)
Checksumkontrolní součet – není povinný, pokud není použit má hodnotu 0
počítá se z UDP datagramu doplněného zepředu o pseudohlavičku ve
struktuře:
IP adresa odesílatele (4 B)
IP adresa příjemce (4 B)
0x00 (1 B)
Protokol ID = 17 (1 B)
délka UDP datagramu (2 B)
Tato pseudohlavička se nenepřenáší, slouží jen pro potřeby kontrolního součtu z důvodů ochrany proti nesprávně doručeným datagramům Source port Destination port Checksum Data Data ….. 16 b 16 b 16 b libovolná Délka 16 b Datalibovolně dlouhá (musí se vejít do IP paketu < 65535 – 20 – 8 Bytů) Formát UDP datagramu Počítačové sítěVUT v BrněFakulta podnikatelská Lekce 8– Transportní vrstva v TCP/IP Ing. Viktor Ondrák, Ph.D. strana * Protokol TCP (Transmission Control Protocol – RFC793) zajišťuje nad
IP protokolem spolehlivou a spojovanou komunikaci, což představuje:
vytvoření iluze spojované komunikace:
zajistí navázání spojení dvou protilehlých procesů (pokud mají obě strany zájem)
zajistí „stream interface“ – iluze bytové roury (směrem k procesu na vyšší vrstvě vydává a přijímá data k přenosu po bytech)
zajistí plně duplexní přenos v navázaném dvoubodovém spojení (2 „nezávislé“ datové toky)
v případě ztráty spojení zajistí jeho obnovení
zajistí korektní ukončení spojení – až jsou přenesena všechna data
vytvoření iluze plné spolehlivosti
zajistí řízení toku – přizpůsobení možnostem příjemce
pomocí kontinuálního potvrzování ošetřuje chyby při přenosech, duplicity, ztráty
garantuje pořadí přenášených dat Protokol TCP
Linková vrstva

Počítačové sítěVUT v BrněFakulta podnikatelská Lekce 8– Transportní vrstva v TCP/IP Ing. Viktor Ondrák, Ph.D. strana * Síťová vrstva Transportní
vrstva port TCP
Proces Linková vrstva
Síťová vrstva Transportní
vrstva port TCP
Proces - neudržuje se spojení
- přenos po nezávislých paketech
- ztráty paketů
- porušení paketů
- není zaručeno pořadí paketů při doručování
- duplicity paketů
- nepotvrzuje se doručení - existuje spojení
- přenos po bytech v proudu
- všechny byty jsou doručeny
- zachování pořadí bytů
- vyloučeny duplicity bytů
- vyloučeny chyby přenosu Spojovaná spolehlivá komunikace Nespojovaná nespolehlivá komunikace Spojovaný charakter komunikace TCP Počítačové sítěVUT v BrněFakulta podnikatelská Lekce 8– Transportní vrstva v TCP/IP Ing. Viktor Ondrák, Ph.D. strana * Protokol TCP přijímá a vydává data aplikaci po bytech
Data přijatá od aplikace přes socket k odeslání ukládá do vyrovnávací paměti pro odeslání (odesílací bufferu) - velikost se volí podle MTU
Po naplnění jsou data z bufferu vložena do datové části TCP datagramu a doplní se hlavička
Hotový TCP datagram se předá nižším vrstvám k odeslání… 1 0 0 … 0 1 1 Proces (aplikace) 1 0 hlav. Data hlav. Data TCP datagram IP paket linková vrstva 0 0 1 … 1 0 1 0 1 1 1 hlav. Data hlav. Data linková vrstva odesílací
buffer přijímací
buffer Obráceně: data z TCP datagramu přijatého od
nižších vrstev jsou ukládána do přijímacího
bufferu a odtud jsou po bytech vydávána
aplikaci. Bytový proud v TCP protokolu Počítačové sítěVUT v BrněFakulta podnikatelská Lekce 8– Transportní vrstva v TCP/IP Ing. Viktor Ondrák, Ph.D. strana * Sekvenční čísla
Veškeré přenášené byty v rámci jednoho spojení jsou vzestupně číslovány pomocí sekvenčního čísla (Sequence Number)
Každá ze stran spojení používá svoji vlastní číselnou řadu
Tato číselná řada sekvenčních čísel začíná náhodně voleným číslem, které každá strana spojení vygeneruje při navázání spojení pro odesílaná data
V hlavičce TCP datagramu se vždy uvádí sekvenční číslo prvního bytu v datové části datagramu

Potvrzování
Protokol TCP má za úkol zabezpečit spolehlivý přenos
Odesílající strana musí být informována o tom zda data dorazila v pořádku k příjemci
TCP protokol zajišťuje potvrzení tak, že přijímající strana do hlavičky každého odesílaného datagramu vkládá potvrzení (Acknowledgement Number), které udává číslo o 1 větší než je sekvenční číslo posledního správně přijatého bytu
Potvrzovací proces je kumulativní
Každé potvrzení sděluje, že byly správně přijaty všechny byty spojení až do příslušného sekvenčního čísla
Není nutné po každém přijatém datagramu potvrzovat (za více naráz) Potvrzování v TCP protokolu Počítačové sítěVUT v BrněFakulta podnikatelská Lekce 8– Transportní vrstva v TCP/IP Ing. Viktor Ondrák, Ph.D. strana * Protokol TCP musí zabezpečit, aby příjemce nebyl zahlcen daty, která nemůže přijmout Metoda okénka
Schopnost přijímat je dána velikostí volného bufferu příjemce – okénka
Velikost okénka si domluví obě strany při navázání spojení
Velikost okénka se během přenosu měněna
Při každém potvrzování udává příjemce nabídku volného okénka
Odesílatel může posílat data jen do velikosti poslední známé hodnoty okénka
Je-li buffer příjemce zaplněn inzeruje to příjemce velikostí okna = 0
Data, která jsou v tuto chvíli na cestě nebudou příjemcem potvrzena
Po dobu nulového okénka odesílatel aktivně čeká (odesílá datagramy s neplatným SEQ a ACK a jedním Bytem nesmyslných dat
SEQ ACK WIN data Odesílatel Příjemce 6256 137 1500 800 B 137 7056 2000 1 B 7056 138 1500 800 B 138 8656 400 1 B 7856 138 1500 800 B 8656 139 1500 400 B 139 9056 0 1 B 140 9056 1600 1 B 9056 140 1500 800 B …. …. (Odesílatel čeká) Řízení toku v TCP protokolu Počítačové sítěVUT v BrněFakulta podnikatelská Lekce 8– Transportní vrstva v TCP/IP Ing. Viktor Ondrák, Ph.D. strana * Požadavek na navázání spojení prováděný procesem může být:
Pasivní – je iniciován serverovou službou (upozorňuje klientské procesy, že mohou aktivně navázat spojení na známém TCP portu
Aktivní – je prováděno klientským procesem Proces ustavení spojení má 4 základní funkce:
zjistit existenci požadované služby a ujistit obě strany, že mají zájem na spojení
zajistit výměnu volitelných parametrů (velikost datagramu, okénko, QoS, …)
alokovat zdroje (např. buffery)
vytvořit vstupní informace do tabulky spojení (TCB – Transport Connection Block) tj.:
typ spojení (aktivní, pasivní)
číslo vzdáleného a místního portu TCP
vzdálenou a místní IP adresu
stav spojení
ukazatele do přijímacího a vysílacího bufferu Proces navazování spojení je trojcestný (Three-Way Handshake), aby bylo jisté, že obě strany chtějí spojení navázat. Má 2 účastníky:
Zdrojová (aktivní) – inicializuje navázání spojení – klientská část
Cílová (pasivní) – serverová část Navázání spojení v TCP protokolu Počítačové sítěVUT v BrněFakulta podnikatelská Lekce 8– Transportní vrstva v TCP/IP Ing. Viktor Ondrák, Ph.D. strana * Proces na aktivní straně vytvoří lokální soket s použitím lokálního a vzdáleného čísla portu (pokud jako lokální port zadá 0, TCP přiřadí socketu unikátní dynamické číslo portu podle nastavení operačního systému), lokální TCB, buffery, …
Po vytvoření socketu TCP proces aktivní strany posílá na vzdálený port pasivní strany inicializační datagram (SYN) – s prázdnou datovou částí, náhodně vygenerovaným SEQ, a nastaveným příznakem SYN
Při odeslání spustí časovač a čeká na odpověď do vypršení času SYN ACK SEQ= ACK= 471 Data= Pasivní
strana
(port 80) Aktivní
strana
(port 1222) SYN = ON
SEQ=random()
ACK = ???
Data = NULL Handshake TCP spojení – 1. krok Počítačové sítěVUT v BrněFakulta podnikatelská Lekce 8– Transportní vrstva v TCP/IP Ing. Viktor Ondrák, Ph.D. strana * Když dorazí SYN datagram na pasivní stranu je zkontrolován a předán naslouchajícímu (serverovému) procesu
Naslouchající proces vytvoří TCP proces na pasivní straně (TCB, buffery,..)
Nově vytvořený TCP proces vytvoří SYN-ACK datagram s náhodně generovaným SEQ, s ACK o 1 vyšším než SEQ SYN datagramu a s nastavenými příznaky SYN a ACK
Pasivní strana odešle vytvořený SYN-ACK datagram, spustí časovač a čeká na odpověď SYN ACK SEQ= ACK= 471 Data= Pasivní
strana
(port 80) Aktivní
strana
(port 1222) SYN ACK SEQ= ACK= 826 472 Data= SYN = ON
ACK = ON
SEQ=random()
ACK = SEQ1+1
Data = NULL Handshake TCP spojení – 2. krok Počítačové sítěVUT v BrněFakulta podnikatelská Lekce 8– Transportní vrstva v TCP/IP Ing. Viktor Ondrák, Ph.D. strana * Když aktivní strana obdrží z pasivní strany datagram SYN-ACK (potvrzení synchronizace), posílá zpět datagram potvrzující přijetí potvrzení
Tento datagram se liší od předchozího tím, že má nastaven jen příznak ACK SYN ACK SEQ= ACK= 471 Data= Pasivní
strana
(port 80) Aktivní
strana
(port 1222) SYN ACK SEQ= ACK= 826 472 Data= SYN ACK SEQ= ACK= 472 827 Data= Obecné pravidlo (pro všechny kroky)
Pro všechny kroky procesu navazování spojení platí společná zásada, týkající se časování
Pokud nepřijde odpověď do vypršení časovače, je provedeno opětovné odeslání datagramu. Počet možných opakování je dán nastavením operačního systému
Když ani po maximálním počtu pokusů nepřijde odpověď, je pro proces požadující spojení generována chyba Handshake TCP spojení – 3. krok Počítačové sítěVUT v BrněFakulta podnikatelská Lekce 8– Transportní vrstva v TCP/IP Ing. Viktor Ondrák, Ph.D. strana * TCP spojení je plně duplexní, spojení má tedy 2 „nezávislé“ protisměrné toky (závislost mezi oběma směry se objevuje až u procesu na vyšší vrstvě). Pro ukončení spojení se tedy musí bezpečně uzavřít na obou stranách oba toky.
Existují 2 možnosti ukončení TCP spojení:
Uzavření spojení
je možné jen oboustrannou dohodou
strana, která požaduje uzavření spojení začne posílat v datových nebo samostatných datagramech nastavený příznakem FIN
datagramy s příznakem FIN musí vysílat dokud neobdrží také datagram s příznakem FIN
po tuto dobu musí pokračovat s běžným přijímáním datagramů a jejich potvrzováním
jakmile je oboustranně vyměněn FIN, obě strany informují vyšší vrstvu, zruší buffery, uvolní zdroje a ukončí se
Reset spojení
v případě, že odeslané datagramy nejsou v požadované době a počtu pokusů potvrzeny, TCP provede reset (vymazání) spojení
to oznámí protistraně zasláním datagramu s nastaveným příznakem RST a provede všechny kroky jako při uzavření spojení
pokud druhá strana takovýto datagram přijme, musí také zrušit spojení Ukončení TCP spojení Počítačové sítěVUT v BrněFakulta podnikatelská Lekce 8– Transportní vrstva v TCP/IP Ing. Viktor Ondrák, Ph.D. strana * TCP datagram se skládá se záhlaví a dat (segment bytového proudu)
maximální délka je dána maximální délkou datové části IP paketu Source Port Destination Port 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 0 1 2 3 Sequence Number Acknowledgement Number Window Checksum Option Padding Data Data ….. Záhlaví
pole Option je nepovinné pole určené pro zvláštní účely podle typu datagramu
Pole Padding je pole obsahující 0 a slouží k doplnění záhlaví tak, aby jeho délka byla zarovnaná na násobky 32 b Data
velikost datové části datagramu je omezena pouze maximální povolenou datovou částí IP paketu Data offset Control Bits Reserved Urgent Pointer Formát TCP datagramu Počítačové sítěVUT v BrněFakulta podnikatelská Lekce 8– Transportní vrstva v TCP/IP Ing. Viktor Ondrák, Ph.D. strana * Source Port Destination Port 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 0 1 2 3 Sequence Number Acknowledgement Number Data offset Reserved Source port(16 b) číslo odesílajícího portu
Destination port(16 b) číslo portu příjemce
Sequence Number(32 b) pořadové číslo prvního datového bytu v rámci celého spojení
Acknowledgement
Number(32 b) hodnota příštího sekvenčního čísla datagramu protistrany, který je připraven přijmout
Data offset(4 b) délka TCP hlavičky v 32bitových slovech – určuje začátek dat v TCP
datagramu
Reserved(6 b) nepoužito – musí být vyplněno nulami ….. Pole hlavičky TCP datagramu Počítačové sítěVUT v BrněFakulta podnikatelská Lekce 8– Transportní vrstva v TCP/IP Ing. Viktor Ondrák, Ph.D. strana * 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 0 1 2 3 Window Checksum Option Padding Control Bits Urgent Pointer Control Bits(6 b) příznaky (0=nenastaveno / 1=nastaveno) v pořadí:
URG- upozorňuje, že jsou posílána urgentní data (hodnota Sequence number + Urgent
Pointer ukazují poslední byte urgentních dat
ACK- potvrzení – pokud je nastaven je v poli Acknowledgement Number platná hodnota
PSH- push funkce – je li nastaven, měla by data být předána bez prodlení a bufferování
RST- pokyn přijímající straně, že spojení má být ihned ukončeno
SYN- synchronizace spojení – pokud je nastaven, je v poli Sequnce Number počáteční
hodnota pro nové spojení
FIN- požadavek na ukončení spojení – je-li nastaven, v poli Sequence Number je
pořadové číslo posledního přeneseného bytu
Window(16 b) nabídka velikosti okna – počet bytů, které je schopen příjemce
přijmout k právě potvrzovaným
Checksum(16 b) kontrolní součet – počítá se stejně jako u UDP
Urgent Pointer(16 b) je-li nastaven příznak URG, obsahuje počet bytů urgentních dat od
počátku datového segmentu ….. Pole hlavičky TCP datagramu Počítačové sítěVUT v BrněFakulta podnikatelská Lekce 8– Transportní vrstva v TCP/IP Ing. Viktor Ondrák, Ph.D. strana * netstat – utilita pro zobrazení síťových připojení na úrovni transportní
vrstvy a statistik transportních protokolů TCP a UDP
Použití:
NETSTAT [-a] [-b] [-e] [-n] [-o] [-p protokol] [-r] [-s] [-v] [interval]
-aZobrazí všechna připojení a naslouchající porty.
-bZobrazí spustitelný soubor, který se podílí na vytvoření jednotlivých připojení nebo naslouchajících portů.
V některých případech známé spustitelné soubory hostí více nezávislých součástí a v těchto případech je
zobrazena posloupnost součástí podílejících se na vytváření připojení nebo naslouchajících portů.
V takových případech je název spustitelného souboru zobrazen dole v hranatých závorkách [] a nahoře je součást, kterou volal, a tak to pokračuje až po protokol TCP/IP. Tato možnost může být časově náročná a nezdaří se, pokud nemáte dostatečná oprávnění.
-eZobrazí statistiku sítě Ethernet. Může se použít společně s parametrem -s.
-nZobrazí adresy a čísla portů v numerické formě.
-oZobrazí ID procesu přiřazené každému připojení.
-p protokolZobrazí připojení protokolu určeného parametrem protokol. Může se jednat o protokol TCP, UDP, TCPv6
nebo UDPv6. Pokud je parametr použit s parametrem -s pro výpis statistiky, může se jednat o protokol IP,
IPv6, ICMP, ICMPv6, TCP, TCPv6, UDP nebo UDPv6.
-rZobrazí tabulku směrování.
-sZobrazí statistiku jednotlivých protokolů. Výchozí nastavení zobrazuje statistiku pro IP, IPv6, ICMP, ICMPv6, TCP,
TCPv6, UDP a UDPv6. Pomocí parametru -p lze určit podmnožinu výchozího nastavení.
-vPři použití s parametrem -b zobrazí posloupnost součástí podílejících se na vytváření připojení nebo naslouchajícího portu pro všechny spustitelné soubory.
intervalZnovu zobrazí zvolenou statistiku vždy po čase určeném parametrem interval v sekundách. Stisknutím
kláves CTRL+C opětovné zobrazování statistiky vypnete. Pokud tento parametr nezadáte, vypíše příkaz
netstat informace o konfiguraci jen jednou. Utility pro transportní vrstvu Počítačové sítěVUT v BrněFakulta podnikatelská Lekce 8– Transportní vrstva v TCP/IP Ing. Viktor Ondrák, Ph.D. strana * U:\>netstat -a -n
Aktivní připojení
Proto Místní adresa Cizí adresa Stav
TCP 0.0.0.0:21 0.0.0.0:0 NASLOUCHÁNÍ
TCP 0.0.0.0:135 0.0.0.0:0 NASLOUCHÁNÍ
TCP 0.0.0.0:445 0.0.0.0:0 NASLOUCHÁNÍ
TCP 147.229.120.240:139 0.0.0.0:0 NASLOUCHÁNÍ
TCP 147.229.120.240:3985 147.229.120.42:445 NAVÁZÁNO
TCP 147.229.120.240:4021 147.229.123.10:1026 NAVÁZÁNO
TCP 147.229.120.240:4650 147.229.123.180:445 NAVÁZÁNO
TCP 147.229.120.240:4772 147.229.120.22:4156 TIME_WAIT
TCP 147.229.120.240:4773 147.229.120.22:4156 TIME_WAIT
UDP 0.0.0.0:445 *:*
UDP 0.0.0.0:1029 *:*
UDP 0.0.0.0:1030 *:*
UDP 127.0.0.1:123 *:*
UDP 147.229.120.240:123 *:*
UDP 147.229.120.240:137 *:*
UDP 147.229.120.240:138 *:*
UDP 147.229.120.240:1900 *:*
Zobrazení všech připojení a naslouchajících portů
netstat -a -n Utilita netstat - příklady Počítačové sítěVUT v BrněFakulta podnikatelská Lekce 8– Transportní vrstva v TCP/IP Ing. Viktor Ondrák, Ph.D. strana *
U:\>netstat -s -n -p TCP
Statistika TCP protokolu IPv4
Aktivní otevření= 32788
Pasivní otevření = 302
Neúspěšné pokusy o připojení= 441
Původní připojení= 3416
Aktuální připojení= 5
Přijaté segmenty= 5624995
Odeslané segmenty= 3768124
Opakovaně odeslané segmenty= 227311
Aktivní připojení
Proto Místní adresa Cizí adresa Stav
TCP 147.229.120.240:1052 147.229.120.22:4156 TIME_WAIT
TCP 147.229.120.240:1053 147.229.120.22:4156 TIME_WAIT
TCP 147.229.120.240:1054 147.229.120.22:4156 TIME_WAIT
TCP 147.229.120.240:1055 147.229.120.22:4156 TIME_WAIT
TCP 147.229.120.240:3985 147.229.120.42:445 NAVÁZÁNO
TCP 147.229.120.240:4021 147.229.123.10:1026 NAVÁZÁNO
TCP 147.229.120.240:4109 147.229.123.46:1234 NAVÁZÁNO
TCP 147.229.120.240:4249 147.229.120.30:445 NAVÁZÁNO
TCP 147.229.120.240:4650 147.229.123.180:445 NAVÁZÁNO
Zobrazení statistiky TCP portů
netstat -s -n -p TCP Utilita netstat - příklady Počítačové sítěVUT v BrněFakulta podnikatelská Lekce 8– Transportní vrstva v TCP/IP Ing. Viktor Ondrák, Ph.D. strana *
U:\>netstat -n -o
Aktivní připojení
Proto Místní adresa Cizí adresa Stav PID
TCP 147.229.120.240:3985 147.229.120.42:445 NAVÁZÁNO 4
TCP 147.229.120.240:4021 147.229.123.10:1026 NAVÁZÁNO 2460
TCP 147.229.120.240:4109 147.229.123.46:1234 NAVÁZÁNO 2460
TCP 147.229.120.240:4249 147.229.120.30:445 NAVÁZÁNO 4
TCP 147.229.120.240:4650 147.229.123.180:445 NAVÁZÁNO 4
Zobrazení ID procesu aktivních připojení TCP portů
netstat -n -o Utilita netstat - příklady Počítačové sítěVUT v BrněFakulta podnikatelská Lekce 8– Transportní vrstva v TCP/IP Ing. Viktor Ondrák, Ph.D. strana * U:\>netstat -n -b -v
Aktivní připojení
Proto Místní adresa Cizí adresa Stav PID
TCP 147.229.120.240:3985 147.229.120.42:445 NAVÁZÁNO 4
-- neznámé součásti --
[Systém]
TCP 147.229.120.240:4021 147.229.123.10:1026 NAVÁZÁNO 2460
C:\WINDOWS\system32\WS2_32.dll
C:\WINDOWS\system32\RPCRT4.dll
C:\Program Files\Common Files\SYSTEM\MSMAPI\1029\EMSABP32.DLL
C:\Program Files\Common Files\System\MSMAPI\1029\msmapi32.dll
-- neznámé součásti --
[OUTLOOK.EXE]
TCP 147.229.120.240:4109 147.229.123.46:1234 NAVÁZÁNO 2460
C:\WINDOWS\system32\WS2_32.dll
C:\WINDOWS\system32\RPCRT4.dll
C:\Program Files\Common Files\SYSTEM\MSMAPI\1029\EMSMDB32.DLL
C:\Program Files\Common Files\System\MSMAPI\1029\msmapi32.dll
[OUTLOOK.EXE]
Zobrazení souborů (včetně součástí), které se podílejí na aktivních připojeních protokolu TCP
netstat -n -b -v Utilita netstat - příklady
Počítačové sítěVUT v BrněFakulta podnikatelská Lekce 9 – Protokoly aplikační vrstvy TCP/IP Ing. Viktor Ondrák, Ph.D. strana * Lekce 9
Protokoly aplikační vrstvy TCP/IP Protokoly aplikační vrstvy TCP/IP Linková vrstva
Fyzická vrstva
Síťová vrstva
Počítačové sítěVUT v BrněFakulta podnikatelská Lekce 9 – Protokoly aplikační vrstvy TCP/IP Ing. Viktor Ondrák, Ph.D. strana * Aplikace často používají stejné č