Пользовательские протоколы стека tcp/udp/ip

Рисунок 2‑14

Структура сегмента tcp

Рисунок 2‑15

Модуль данных протокола транспортного уровня (TPDU) называется сегментом. Сегмент протокола ТСР начинается, как минимум, с 20 байтов служебной информации. Далее следует максимум 65 495 байтов данных. Поля Порт отправителя (Source Portr?, SP) и Порт получателя (Destination Portr?, DP) указывают адреса процессов прикладного уровня, которые обмениваются данными. Порядковый номер сегмента (Sequensen Number, SN) используется для безошибочной доставки сегментов. Номер подтверждения (AckN) - означает номер следующего ожидаемого пакета. В случае отсутствия подтверждения в течение заданного времени, сегмент передается еще раз. Для подтверждения используются сегменты, не содержащие данных. В поле Размер окна (W) указывается количество байтов данных, которое отправитель данного сегмента может принять. Увеличение или уменьшение размера окна (буфера приема) является механизмом защиты от потери пакетов при перегрузке. Этот протокол обеспечивает надежность при обмене данными, когда не требуются строго определенные величины скорости и задержки.

Протокол udp

Причины, по которым TCP не подходит для передачи данных в реальном времени:

• задержки, которые возникают при повторной передаче пакетов;

• изменение размера окна, используемое при перегрузках для защиты от потерь пакетов, ведет к изменению скорости передачи данных.

Поэтому для передачи мультимедийных данных (речи, видео) в реальном времени применяется протокол UDP (User Datagram Protocol) - протокол передачи дейтаграмм пользователя. UDP обеспечивает не гарантированную доставку данных, так как он не использует механизмы установления соединения, подтверждения и изменения размера окна, тем самым минимизируя объем служебной информации (8 байтов на сегмент данных) и задержки.

Рисунок 2‑16

Протокол ip

Сегменты, сформированные на транспортном уровне, передаются на сетевой. Основная задача протокола сетевого уровня IP – обеспечить доставку данных по сети на основании IP-адреса. Протокол IP поддерживает сервис сетевого уровня без установления соединения, и поэтому доставка им сообщений по сети рассматривается как ненадежная, то есть нет гарантии доставки, гарантии последовательной доставки, нет подтверждений, нет контроля ошибок. Решением всех этих проблем занимается верхний уровень, то есть протокол TCP.

Заголовок пакета IP v4 содержит следующие основные поля:

- поле V (4 бита) указывает версию протокола;

- поля IP address Sourse (32 бита), IP address Destination (32 бита) содержат адрес источника пакета и адрес получателя, на основании которых пакет маршрутизируется в соответствующее сетевое устройство;

- поля ID (идентификатор фрагмента, 16 битов, FL (флаги, 3 бита), FO (смещение фрагмента, 13 битов) обеспечивают фрагментацию и сборку пакетов. Теоретически длина пакета может достигать 65 535 байтов. На практике для эффективности работы сети все рабочие станции и маршрутизаторы работают с длиной, не превышающей 576 байтов;

-тип обслуживания (ToS) указывает предпочтительные для данного пакета тип приоритета, задержку, пропускную способность и надежность;

-TTL (Time To Live, 8 битов) определяет время жизни пакета в сети, каждый маршрутизатор уменьшает значение поля на единицу, и отбрасывает пакет, когда оно принимает значение ноль;

- поле Р, 8 битов, идентифицирует протокол верхнего уровня (TCP или UDP);

- поле HC (контрольная сумма заголовка, 16 битов) обеспечивает возможность контроля ошибок в заголовке.

Рисунок 2‑17

Для адресации устройств в IP-сети каждому устройству присвоен свой уникальный адрес. В протоколе IP v4 для записи адреса используется 32 бита (4 байта), в IP v6 – 128 битов. IP-адрес обычно представляется в виде четырех десятичных чисел, разделенных точками. Каждое число может принимать значение от 0 до 255.

IP-адрес, так же, как и сеть, имеет иерархическую структуру и состоит из идентификатора сети (NETID), к которой подключен хост, и идентификатора хоста внутри сети (HOSTID).

Рисунок 2‑18

Существует пять классов адресов от А до Е.

Класс А используется в очень больших сетях, класс В в среднего размера сетях, класс С в небольших подсетях.