El modelo TCP

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El modelo TCP
RFC 793 STD 7

• Giannella Ligato

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Comparación de capas entre los modelos OSI y
TCP/IP
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TCP es un protocolo de nivel 4.Actúa en el
equivalente a la capa de transporte del modelo
OSI.
La RFC 793 determina que el Protocol ID para
TCP es el 6. Cuando un sistema recibe un
datagrama IP que dice contener Protocol 6, éste
debe pasar los contenidos del datagrama a TCP
para su procesamiento.
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Tipo de transmisión y tipo de protocolo
TCP es un protocolo confiable, para ser usado por
aplicaciones orientadas a la transacción. TCP
establece un circuito de comunicaciones
administrado, full-duplex y punto a punto para
ser usado por protocolos de aplicación. Cada vez
que se necesita enviar datos entre dos
aplicaciones basadas en TCP, se establece un
circuito virtual entre los dos proveedores de
TCP, y se realiza un intercambio de datos de
aplicaciones altamente controlado. Una vez que
todos los datos han sido exitosamente enviados y
recibidos, la conexión finaliza.
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Tipo de servicio que da

• El servicio que da TCP está orientado a conexión.
  Esto significa que se requiere
• Establecer la conexión
• Mantener la conexión
• Liberar la conexión

Los servicios orientados a la conexión garantizan
que los datos lleguen en la secuencia correcta, y
que la conexión es confiable. Es necesario que
TCP sea orientado a la conexión dado que IP (con
el que trabaja estrechamente) no es un protocolo
confiable.
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TCP otorga 5 servicios clave a las capas
superiores

• Circuitos virtuales
• Administración de I/O de aplicaciones
• Administración de I/O de red
• Control de flujo
• Confiabilidad

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- Circuitos virtualesCada vez que dos
aplicaciones necesitan comunicarse vía TCP, se
establece un circuito virtual entre dos endpoints
TCP. El circuito virtual está en el corazón del
diseño de TCP, y provee fiabilidad, control de
flujo y herramientas de administración de I/O que
lo distinguen de otros protocolos, como UDP. -
Administración de I/O de aplicacionesLas
aplicaciones se comunican entre sí enviando datos
al proveedor local de TCP, que luego transmite
los datos a través del circuito virtual a su
destino para ser entregados a la aplicación
correspondiente. TCP provee un buffer de I/O para
uso de las aplicaciones, permitiéndoles enviar y
recibir datos como streams continuos, con TCP
convirtiendo los datos en segmentos individuales
controlados que se envían a través de IP.
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• Administración de I/O de red
• Cuando TCP necesita enviar datos a otro sistema,
  usa IP para la entrega. Pero TCP también debe
  proveer servicios de administración de I/O de red
  a IP, mediante la construcción de segmentos que
  puedan viajar en forma efectiva sobre la red IP,
  y luego reconvirtiendo los segmentos individuales
  en streams de datos apropiados para las
  aplicaciones.
• Control de flujoLos diferentes hosts de una red
  tienen distintas características, y no todos
  ellos pueden enviar y recibir los datos con la
  misma velocidad es por eso que TCP debe ser
  capaz de manejar estas variaciones, de manera tal
  que resulten transparentes para las aplicaciones.
  

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• ConfiabilidadTCP provee un servicio de
  transporte confiable mediante el monitoreo de los
  datos que envía. TCP usa números de secuencia
  para monitorear bytes individuales,
  acknowledgment flags (indicadores de
  reconocimiento) para determinar si algunos de
  esos bytes se perdieron y checksums (sumas de
  comprobación) para validar los datos. Todos estos
  mecanismos, al trabajar en conjunto, hacen que
  TCP sea altamente fiable.
• Estos 5 servicios hacen de TCP un protocolo de
  transporte muy robusto.

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Métodos de control de flujo

• El sistema emisor ajusta la tasa de transmisión a
  la que enviará los datos al sistema receptor. La
  variación de esta tasa está ligada, entre otras
  cosas, al espacio en buffer del sistema receptor
  y a las características de manejo de paquetes en
  la red. Es por eso que TCP incorpora varios
  mecanismos de control de flujo, permitiéndole al
  sistema reaccionar fácilmente ante la necesidad
  de estos cambios.
• Ventana deslizante
• Esquema de otorgamiento de créditos

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• Ventana deslizante Cuando un emisor manda un
  segmento, inicia un reloj. El destino responde
  con un segmento que contiene un acuse de recibo
  (acknowledgment flag) con un número de acuse
  igual al próximo número de secuencia que espera.
  Si el reloj termina antes de que llegue el acuse,
  el emisor manda el segmento de nuevo (ver
  retransmisión).
• Sistema de créditos Además de advertirle al
  emisor el tamaño de la ventana, el receptor
  otorga créditos al emisor para indicarle
  cuántos segmentos puede enviarle antes de que los
  acuses de recibo de los segmentos enviados
  anteriormente lleguen nuevamente al emisor. Esto
  le permite a un endpoint enviar datos aunque los
  datos precedentes no hayan sido todavía acusados
  (acknowledged), confiando que llegará su acuse
  antes del tiempo límite establecido.

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Métodos de control de errores

• TCP usa el método de retransmisión para controlar
  errores, íntimamente ligado a la ventana
  deslizante. Para ello utiliza
• Checksums (sumas de comprobación)
• Números de secuencia
• Acknowlegments (acuses de recibo correcto)
• Timers (relojes)

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• ChecksumsTCP usa sumas de comprobación para cada
  segmento enviado, permitiendo al destinatario
  verificar que los datos del segmento recibido son
  válidos.
• Números de secuencia
• Cada byte que se envía tiene un número de
  secuencia. Este número les permite al emisor y al
  receptor referirse explícitamente a un rango de
  datos, y hace que el receptor pueda reordenar los
  segmentos que lleguen desordenados, así como
  eliminar los segmentos duplicados.
• AcknowledgementsCada byte enviado debe recibir
  su correspondiente acuse de recibo. Esta tarea se
  realiza mediante el uso de un número de
  acknowledgment, que indica que el destinatario
  recibió los datos de un segmento correctamente, y
  está listo para recibir más.
• TimersDado que TCP usa IP para sus entregas de
  datos, algunos segmentos pueden perderse o
  corromperse en el camino. Cuando esto sucede, el
  emisor no recibe el acknowledgment
  correspondiente, con lo cual necesita
  retransmitir los datos. Para detectar este error,
  TCP incorpora un acknowledgment timer, que
  indica cuánto tiempo es necesario esperar el
  acknowledment antes de reenviar los datos.

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Manejo de la congestión
El manejo de congestión se realiza mediante -
Tamaño de la ventana de congestión - Slow start-
Congestion avoidance (evitar la congestión)
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• Tamaño de la ventana de congestión
• Para poder manejar la congestión, es necesario
  el uso de una ventana de congestión en el
  sistema emisor. Esta ventana es conceptualmente
  similar a la ventana deslizante que se expande y
  se contrae, aunque estas dos acciones se llevan a
  cabo en función del estado de la red IP (su
  capacidad de manejar los datos a enviar en un
  momento dado), y no de la capacidad de
  procesamiento de datos del receptor.
• Slow startEl emisor debe, antes de comenzar a
  enviar datos, verificar el estado de la red IP.
  Este es el propósito de la técnica Slow Start
  (comienzo lento), que establece el tamaño de la
  ventana de congestión en el valor más bajo para
  luego ir incrementándolo hasta que la red alcance
  su punto de saturación.
• Congestion avoidance (evitar la congestión)Cada
  vez que se detecta congestión en la red, la
  ventana de congestión se reduce a la mitad de su
  tamaño. La técnica de Congestion avoidance se
  usa para ir gradualmente ensanchando la ventana
  de congestión, alcanzando eventualmente su tamaño
  máximo. Cuando esta técnica es usada junto con la
  de Slow Start, el emisor puede determinar más
  fácilmente cuál es la tasa óptima de transmisión
  en un circuito virtual dado.

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Direccionamiento
TCP asigna números de puerto únicos a cada
instancia de cada aplicación que usa un circuito
virtual de TCP. Estos números de puertos actúan
como extensiones, permitiendo a TCP encaminar los
datos entrantes directamente a la aplicación de
destino apropiada.
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• Se utiliza el término socket para identificar
  el número de puerto y la dirección IP
  concatenados.
• Ejemplo el puerto 80 en la dirección IP
  200.62.54.110 puede referirse igualmente como
  200.62.54.11080
• Un par de sockets consiste en los dos
  endpoints de un circuito virtual (recordemos que
  TCP trabaja punto a punto), incluyendo las
  direcciones IP y números de puertos de ambas
  aplicaciones en ambos sistemas.

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Identificación

• El formato de los paquetes TCP es el siguiente
• Source port (puerto emisor)
• Destination port (puerto receptor)
• Sequence number (número de secuencia)
• Acknowledgement number (número de acuse de
  recibo)
• Header length (longitud de la cabecera)
• Reserved (campo reservado)
• URG-ACK-PSH-RST-SYN-FIN (flags centinelas)
• Window (ventana)
• Checksum (suma de comprobación)
• Urgent pointer (puntero de urgencia)
• Options (si las hay)
• Datos

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Entrega en orden

• Durante el establecimiento de conexión TCP, los
  números iniciales de secuencia son intercambiados
  entre las dos entidades TCP. Estos números de
  secuencia son usados para identificar los datos
  dentro del flujo de bytes, y poder identificar (y
  contar) los bytes de los datos de la aplicación.
  Siempre hay un par de números de secuencia
  incluidos en todo segmento TCP, referidos al
  número de secuencia y al número de asentimiento.
  Un emisor TCP se refiere a su propio número de
  secuencia cuando habla de número de secuencia,
  mientras que con el número de asentimiento se
  refiere al número de secuencia del receptor.

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Multiplexación

• Está definida por convenciones para compartir
  puertos y sockets entre usuarios.
• Puede permitir que varios usuarios la utilicen
  mediante varios puertos identificados. La
  multiplexación se realiza hacia abajo,
  estableciendo varios puntos de contacto con la
  capa de red para permitir el envío de datos por
  varios circuitos virtuales, aumentando el
  rendimiento.

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Fragmentación y MTU

• Fragmentación Puede construir un segmento por
  cada lote de datos proporcionado por su usuario o
  puede esperar a que se acumule una cierta
  cantidad de datos antes de construir y enviar el
  segmento.
• La fragmentación TCP emplea implementaciones
  oscuras de escaneo dividiendo el encabezado TCP
  en varios fragmentos. Luego el IP reensambla los
  fragmentos, lo que puede causar resultados
  impredecibles y anormales (los encabezados IP con
  datos pueden ser fragmentados).

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Fragmentación y MTU

• El encabezado TCP fragmentado mínimo permisible
  debe contener puertos destino y fuente para el
  primer paquete (8 octetos 64 bits), típicamente
  las marca (flags) inicializadas en el siguiente
  permitiendo al host remoto reensamblar el paquete
  a su llegada. El reensamblaje actual es
  establecido por el IPM (Internet Protocol Module)
  que identifica los paquetes fragmentados por los
  valores equivalentes en los campos
• source
• destination
• protocol
• Identification
• MTU debe ser de 40 bytes

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Priorización de envíos

• La entidad de transporte almacena temporalmente
  los datos tanto en la transmisión como en la
  recepción. TCP normalmente aplica su propio
  criterio para decidir cuando construir un
  segmento para transmitirlo y cuando entregar los
  datos recibidos al usuario. El indicador Push
  (Forzado) se usa para obligar a que los datos
  acumulados sean enviados por el transmisor y
  entregados al usuario por el receptor. Esto sirve
  como una función de fin de bloque.

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QoS

• En la pila de protocolos TCP/IP, TCP es la capa
  intermedia entre el protocolo de Internet (IP) y
  la aplicación. Habitualmente, las aplicaciones
  necesitan que la comunicación sea fiable y, dado
  que la capa IP aporta un servicio de datagramas
  no fiable (sin confirmación), TCP añade las
  funciones necesarias para prestar un servicio que
  permita que la comunicación entre dos sistemas se
  efectúe
• libre de errores.
• en orden.
• sin pérdidas.
• sin duplicaciones.

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Denominación de la PDU

• Segmento Desde un punto de vista lógico se ve
  como un flujo de octetos.

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Características

• Está diseñado para proporcionar una comunicación
  fiable entre pares de procesos (usuarios TCP) a
  través de una gran variedad de redes e
  interconexiones fiables y no fiables. TCP
  proporciona dos servicios útiles para etiquetar
  los datos
• Flujo de datos forzado
• Señalización de datos urgentes

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Aspectos de interés

• Protocolo actualmente documentado por IETF RFC
  793.
• El IETF (Internet Engineering Task Force, en
  castellano Grupo de Trabajo en Ingeniería de
  Internet) es una organización internacional
  abierta de normalización, que tiene como
  objetivos el contribuir a la ingeniería de
  Internet, actuando en diversas áreas, tales como
  transporte, encaminamiento, seguridad. Fue creada
  en EE.UU. en 1986.
• RFC es el acrónimo inglés de Request For
  Comments. Conjunto de notas técnicas y
  organizativas donde se describen los estándares o
  recomendaciones de Internet (originalmente
  ARPANET), comenzado en 1969.
• Dirección Web 793 http//www.ietf.org/rfc/rfc793.
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Bibliografía

• Stallings, William Data and computer
  communications. Prentice Hall, 2000.
• Stallings, Williams Comunicaciones y redes de
  computadores. Séptima edición. Pearson Educación
  S. A., 2004.
• Tanenbaum, Andrew Computer networks. Prentice
  Hall, 1996.
• Hall, Eric Internet core protocols. OReilly,
  2000.
• Apuntes de la cátedra.
• Enciclopedia online Wikipedia www.wikipedia.org.