Protocolos de la Capa de Transporte: TCP y UDP

Servicios de la Capa de Transporte

Proporcionados a las Capas Superiores

La meta fundamental de la capa de transporte es proporcionar un servicio eficiente y confiable a los usuarios/procesos de las capas orientadas a la aplicación. Esta capa hace que las transmisiones sean más confiables que las proporcionadas por la capa de red.

Calidad de Servicio (QoS)

Otra función importante es la mejora de la calidad del servicio (QoS) proporcionada por la capa de red. Si el QoS que proporciona la capa de red no es bueno, debe crearse un puente entre la calidad del servicio requerida por el usuario y la ofrecida por la subred.

Parámetros requeridos por QoS:

• Retardo de establecimiento de la conexión
• Rendimiento
• Retardo de tránsito
• Tasa de error residual
• Protección
• Prioridad

Los parámetros QoS los especifica el usuario de transporte cuando solicita una transmisión.

Primitivas del Servicio de Transporte

• Listen (a la escucha)
• Connect (conecta) - TPDU de solicitud de conexión
• Send (Enviar) - TPDU de datos
• Receive (Recibir)
• Disconnect (Desconectar) - Solicitud de desconexión

TPDU (Unidad de Datos del Protocolo de Transporte)

Las TPDU intercambiadas por la capa de transporte están contenidas en paquetes. Estos están dentro de tramas, y cuando llegan al destino, cada capa le quita la cabecera que corresponde y lo pasa a la capa superior.

La llamada CONNECT del cliente causa el envío de una TPDU de solicitud de conexión al servidor. Al llegar, la entidad de transporte comprueba que el servidor está bloqueado en Listen (a la escucha de solicitudes). Se desbloquea el servidor y envía una TPDU de conexión aceptada al cliente. Al llegar esta TPDU, el cliente se desbloquea y establece la conexión.

Tipos de Desconexiones:

Asimétricas: Cualquiera de los dos usuarios puede enviar una primitiva de desconectar, que resulta ser un TPDU disconnect, y al llegar se libera la conexión.

Simétrica: Cada sentido se cierra por separado. Al emitir disconnect un lado, quiere decir que no tiene más datos para enviar, pero que está dispuesto a recibir. Una conexión se libera cuando ambos emiten disconnect.

Elementos de los Protocolos de Transporte

El servicio de transporte se implementa mediante un protocolo de transporte entre las dos entidades.

A diferencia de la capa de enlace de datos, donde los enrutadores se comunican directamente mediante un canal físico, aquí la comunicación se realiza mediante la subred completa.

Direccionamiento

Cuando un proceso de aplicación desea conectarse con otro proceso de aplicación, debe especificar con cuál debe conectarse. El método que se emplea es definir direcciones de transporte en las que los procesos pueden estar a la escucha de solicitudes de conexión. En Internet, se usa la dirección IP y el puerto local. En protocolos de transporte se usa el término TSAP (Puntos de Acceso al Servicio de Transporte).

TSAP bien conocidos: Se podrían tener los procesos servidores con TSAP conocidos de antemano por todos los usuarios de la red.

Protocolo inicial de conexión: Cada máquina que desea ofrecer sus servicios a usuarios remotos, tiene un servidor de procesos especial que actúa como apoderado de los servidores de menor uso y escucha un grupo de puertos al mismo tiempo, esperando una solicitud de conexión.

Servidor de nombres: Cuando no pueden crearse a través de una petición por parte del cliente, se utiliza el servidor de nombres o directorios.

Direcciones jerárquicas: Cuando se da un TSAP a una entidad de transporte, se usa la dirección NSAP contenida en ella para alcanzar la entidad de transporte remota.

Espacio plano de direcciones: Si las direcciones no son jerárquicas, debe de existir un segundo servidor de nombres que toma como entrada un TSAP y devuelve direcciones de red como salida.

Establecimiento de una Conexión

El tiempo de vida de un paquete puede limitarse usando las siguientes técnicas:

• Diseño de red restringido: Diseñar un método que evite que los paquetes sigan ciclos en su camino.
• Contador de saltos en cada paquete: Se incrementa el conteo de saltos cada vez que se reenvía un paquete. Se descartarán paquetes que pasen el límite de saltos establecidos.
• Marca de tiempo en cada paquete: Cada paquete lleva la hora en la que fue creado, descartándose cualquier paquete que se pase del umbral establecido.

Protocolo de Acuerdo a Tres Bandas

Este protocolo no requiere que ambos lados comiencen a transmitir con el mismo número de secuencia.

Multiplexión

La multiplexión de varias conversaciones en conexiones, circuitos virtuales y enlaces físicos desempeña un papel importante en diferentes capas de la arquitectura de red.

La multiplexión de diferentes conexiones de transporte en la misma conexión de red se llama multiplexión ascendente. Se trata de hacer corresponder muchas sesiones de transporte en una sola sesión de red.

La multiplexión descendente trata de que la capa de transporte abra varias conexiones de red y distribuya el tráfico entre ellas por turno circular.

Recuperación de Caídas

Si los hosts y los enrutadores están sujetos a caídas, la recuperación de estas se vuelve un tema importante. Si la capa de red proporciona servicio de datagramas, las entidades de transporte esperan la pérdida de algunas TPDU todo el tiempo y saben cómo manejar dicha pérdida. Si la capa de red proporciona servicio orientado a conexiones, entonces la pérdida de un circuito virtual se maneja estableciendo uno nuevo y sondeando a la entidad remota para saber cuáles TPDU ha recibido y cuáles no.

Visión General de la Arquitectura TCP/IP

• Capa de red: Responsable de enviar y recibir las tramas.
• Capa de Internet: Encapsula paquetes en datagramas de Internet y además ejecuta todos los algoritmos de encaminamiento.
• Capa de transporte: Da el nivel de sesión en la comunicación. Se usa TCP y UDP.
• Capa de aplicación: La usan las aplicaciones para acceder a la red.

Protocolo TCP

Es orientado a la conexión y totalmente fiable.

• Orientado a conexión
• Confiable
• Divide los mensajes salientes en segmentos
• Reensambla los mensajes en la estación destino
• Vuelve a enviar lo que no llega
• Reensambla los mensajes a partir de segmentos que entran

Se envían los datos en segmentos y se abre una sesión antes de intercambiar datos. Un ACK confirma si llega o no. Si no se recibe ACK, se vuelve a transmitir.

Una sesión TCP se inicia en 3 vías:

• La máquina que inicia una sesión envía un segmento con el flag de sincronización (SYN).
• La máquina receptora envía un ACK a la petición (SYN-ACK).
• El host peticionario vuelve a enviar un segmento con el número de secuencia ACK (ACK). La conexión se establece.

MTU: Unidad Máxima de Transferencia que tiene una red.

Protocolo UDP

Transporta datos de manera no confiable entre hosts. Las siguientes son las características del UDP:

• No orientado a conexión
• Poco confiable
• Transmite mensajes (datagramas del usuario)
• No ofrece verificación de software para la entrega de segmentos
• No reensambla los mensajes entrantes
• No usa acuses de recibo (ACK)
• No proporciona control de flujo

UDP ofrece a las aplicaciones un mecanismo para enviar datagramas IP en bruto encapsulados sin tener que establecer una conexión. Un segmento UDP consiste en una cabecera de 8 bytes seguida de los datos.

Se utiliza en aplicaciones que no requieren un ACK.

Números de Puerto

• Inferiores a 255: Se usan para aplicaciones públicas.
• Entre 255 y 1023: Asignados a empresas.
• De 1023 en adelante: No están regulados.