Modelo de Servicio TCP

Servicio TCP se obtiene estableciendo una conexión  entre un socket (punto terminal) de la máquina transmisora y un socket de la máquina receptora.

Dirección de Socket= [ dir.IP del host (32b) ; #port del host (16b) ]

Port=TSAP en TCP

• Un socket puede compartirse para varias conexiones, que se identifican con ambos terminales:  (socket1, socket2)
• Ports Bien Conocidos (Well-known ports): # <256, reservados para servicios estándar.
• Para establecer conexión a un host para transferir arch usando FTP, conectarse al port 21  del host destino; port 23 para TELNET (login en host remoto); port 25 para SMTP (email); port 80 para HTTP (RFC 1700).

Ej. de Conexión:            (175.77.13.178,21), (170.210.88.193,21)

• Conexiones TCP son dúplex  integral y Punto a Punto (con 2 puntos terminales) no reconocen multitransmisión ni difusión.
• Conexión TCP es una corriente de Bytes, no de mensajes, sin conservar los límites del mensaje extremo a extremo, ni interés en lo que significan.

TCP puede guardar datos en buffer ó enviarla de inmediato.Si la aplicación usa la bandera PUSH, sin esperar completar buffer, y Con opción de bandera URGENT, TCP deja de acumular datos y transmite todo lo que tiene para esa conexión.

Protocolo TCP

• Cada Byte de una conexión TCP tiene su propio nº de secuencia de 32 bits.
• Entidades TCP Tx y Rx intercambian datos en forma de Segmentos (º a Mensajes ó TPDU en Internet), que consiste de,

  Cabecera TCP (20 B) + Datos (³0 B), con 2 límites de tamaño segmento:

• £ Longitud máx. Carga útil datagrama IP = 65535 Bytes,
• £ MTU (Maximun Transfer Unit) de cada red ( » 103 Bytes)
• Si long. segmento grande para una red ® enrutador lo fragmenta en varios segmentos agregándole cabeceras TCP e IP (20 +20 B mín=40 B), ­ carga extra total.
• Emplea Protocolo de Ventana Corrediza, con acuses de recibo de cada segmento igual al siguiente nº de secuencia que espera recibir. Si expira temporizador de entidad TCP emisora, envía de nuevo el segmento.

Cabecera de Segmento TCP              

Cabecera de formato fijo de 20 B + Opciones de cabecera + Datos opcional de 0 (acuses recibo y control) a Máx [65535 - 20 H_IP- 20 H_TCP=65495].

• Campos Port Origen y Port Destino (16 bits): identifican puntos terminales locales de conexión,
• Número de Secuencia (32): Posición del byte de Datos en este segmento.
• Número de Reconocimiento (32):Acuse de recibo del siguiente byte esperado.
• Long. de Cabecera TCP (4): En palabras de 32 bits por campo Opciones variable.
• Campo Reservado sin Uso (6)
• Banderas de un bit (6):
  • URG=1 si Apuntador Urgente (16) está en uso, indica offset en bytes, a partir del nº secuencia actual, donde comienzan Datos Urgentes.
  • ACK=1, indica que campo de reconocimiento es válido. Si=0, no contiene acuse recibo.
  • PSH=1, indica que este segmento requiere un PUSH (entregar datos a aplicación y no pasarlos al buffer)
  • RST=1, resetea la conexión.
  • SYN se usa para establecer conexiones. Solicitud conexión: SYN=1,ACK=0, Respuesta: SYN=1, ACK=1.
  • FIN=1, emisor no tien más datos para transmitir. Usado para liberar conexión.
• Tamaño de Ventana Receptora (16):cant. Bytes que pueden enviarse, comenzando por el que se envía acuse recibo.
• Suma de Comprobación (16):checksum de [Cabecera + Datos+ Pseudocabecera conceptual de Fig.6.14]  ® suma todas las palabras de 16 bits en Ca1, y luego obtiene el Ca1 de la suma. El Rx hace el mismo cálculo con el segmento completo, incluído campo checksum, y debe dar cero.
• Opciones (³0): permite agregar características extras no cubiertas en Header normal, como:

  .Seteo de Carga útil TCP máxima / si ambos lados anuncian su máx., el más pequeño de ambos es el ganador. Si no usa opción, 536 Bytes,

  .Uso de RFC 1323 para Escala de ventana, desplazando campo Ventana 16 bits a izquierda, máx. 232 Bytes.

  .Uso de RFC 1106 para Repetición selectiva de segmento, en lugar de protocolo Regresar n, usando NACK.

Gestión de Conexión TCP

Establecimiento de conexiones TCP emplean Protocolo de Acuerdo de 3 vías (Three-way Handshake).

Caso Normal:

Servidor espera pasivamente una conexión ejecutando primitivas LISTEN y ACCEPT. El Cliente ejecuta primitiva CONNECT especificando Dir. y Port IP con el que desea la conexión y tamaño máx. segmento TCP , ®Primitiva CONNECT envía segmento TCP con bit SYN=1 y ACK=0, y espera respuesta.

Si proceso escucha en el port, recibe segmento TCP entrante y puede aceptar (ó rechazar conexión), devolviendo segmento con acuse recibo.

Colisión llamadas  sólo se establecerá una conexión, no dos, identificada por (x,y)

Para Liberar Conexiones, cualquiera de las partes envía segmento TCP con bit FIN seteado, y al reconocer el FIN, ese sentido se apaga. Cuando ambos sentidos se apagan, se libera conexión.

Control de Congestión con TCP

Congestión: cuando carga ofrecida a red es mayor que la que puede manejar

• Capa de Red intenta manejarla, pero solución real es bajar la Tasa de Datos , trabajo para TCP.
• Mayoría de terminaciones de Temporización (Timeout) en Internet es por congestión en enrutadores que por errores de tx por ruidos en líneas.

Solución de Internet a 2 problemas potenciales de Capacidad del Rx y capacidad de la red, es que Tx mantiene,                                                                         

             Ventana = mín { Ventana anunciada por Rx ;  Ventana de Congestión } 

• Vent_Congestión / si acuse recibo segmento OK ® Vent_Cong se duplica,..., y crece exponencialmente hasta alcanzar 1/2 Tamaño Vent_Receptora, en que reduce razón del incremento, pasando a ser lineal (+1): Algoritmo de Arranque Lento  (Jacobson,1988), en implementaciones de TCP.
• Si ocurre un Timeout, se establece el Umbral (inicial de 64kB) en la 1/2.Vent_Cong. Actual y la Vent_Cong se restablece a 1 kB.      Luego usa arranque lento para determinar lo que puede manejar la red, hasta alcanzar el umbral.

Algoritmo de Retransmisión Adaptable en TCP

• Temporizador de Retransmisión se inicia al enviar segmento, y si termina antes que llegue acuse recibo, se retransmite el segmento y reinicia temporizador.
• Entorno de TCP distinto al de protocolos de Enlace de datos ® funciones de densidad de probabilidad del tiempo que tarda en regresar acuse de recibo
• Algoritmo Dinámico (Jacobson,1988): para c/conexión TCP mantiene una variable RTT (Round Trip Time): estimación del Tiempo de Ida y Vuelta al destino en cuestión y mide M: tiempo que tardó acuse recibo (nueva muestra de RTT),® actualiza:

    RTT = a.RTT + (1-a).M  ,  con a=7/8 :  Factor Amortiguamiento. 

  ÞTimeout= b.RTT , normalmente, con b=2 inicialmente, pero experiencia demuestra que era inflexible y no respondía cuando existen variaciones.

  ® Se propone b proporcional a Desviación Media  de Función y mantener otra variable Desviación    

   D = a.D +(1-a).|RTT-M| Þ        Timeout= RTT + 4.D, usado en mayoría de implementaciones TCP.

• Algoritmo de Karn: cuando termina de temporizar y retransmite segmento,®   no actualizar el RTT con ninguno de los segmentos retransmitidos por confusión en los acuses de recibo, sino ®  Timeout=Timeout_viejo. 2, hasta que los segmentos pasan a la primera vez.