9. Протоколы транспортного уровня tcp и udp. Порты. Функции протоколов. Особенности и отличия протоколов. Протокол icmp. Протокол tcp
TCP (Transmission Control Protocol) — «гарантированный» транспортный механизм с предварительным установлением соединения, предоставляющий приложению надёжный поток данных, дающий уверенность в безошибочности получаемых данных, перезапрашивающий данные в случае потери и устраняющий дублирование данных. TCP позволяет регулировать нагрузку на сеть, а также уменьшать время ожидания данных при передаче на большие расстояния. TCP гарантирует, что полученные данные были отправлены точно в такой же последовательности. В этом его главное отличие от UDP.
TCP делит поток байт на части — сегменты и передает их ниже лежащему уровню межсетевого взаимодействия. После того как эти сегменты прибудут в пункт назначения, протокол TCP снова соберет их в непрерывный поток байт. Заголовок TCP-сегмента содержит значительно больше полей, чем заголовок UDP, что отражает более развитые возможности первого протокола.
Протокол UDP
UDP протокол передачи датаграмм без установления соединения. Также его называют протоколом «ненадёжной» передачи, в смысле невозможности удостовериться в доставке сообщения адресату, а также возможного перемешивания пакетов. UDP обычно используется в таких приложениях, где создание соединения занимает больше ресурсов, чем повторная отправка.
UDP не занимается контролем потока, контролем ошибок, повторной передачей после приема испорченного сегмента. Его функции сводятся к мультиплексированию и демультиплексированию данных между сетевым и прикладным уровнями. Одной из областей, где UDP применяется особенно широко, является область клиент-серверных приложений. Зачастую клиент посылает короткий запрос серверу и надеется получить короткий ответ. Если запрос или ответ теряется, клиент по прошествии определенного интервала может попытаться еще раз.
В функции протоколов транспортного уровня TCP и UDP входит также исполнение роли связующего звена между прилегающими к ним прикладным уровнем и уровнем межсетевого взаимодействия.
Каждый компьютер может выполнять несколько процессов, более того, прикладной процесс тоже может иметь несколько точек входа, выступающих в качестве адреса назначения для пакетов данных.
Следовательно, в стеке должно быть предусмотрено средство «сбора» пакетов от разных приложений для передачи протоколу IP. Эту работу выполняют протоколы TCP и UDP.
Процедура приема данных протоколами TCP и UDP, поступающих от нескольких различных прикладных служб, называется мультиплексированием. Обратная процедура – процедура распределения протоколами TCP и UDP поступающих от сетевого уровня пакетов между набором высокоуровневых служб – называется демультиплексированием.
Порты
Пакеты, поступающие на транспортный уровень, организуются операционной системой в виде множества очередей к точкам входа различных прикладных процессов. В терминологии TCP/IP такие системные очереди называются портами, причем входная и выходная очереди одного приложения рассматриваются как один порт. Для однозначной идентификации портов им присваивают номера.
Если процессы представляют собой популярные общедоступные службы, такие как FTP, telnet, HTTP, TFTP, DNS и т.п., то за ними закрепляются стандартные, назначенные номера. Так, номер 21 закреплен за службой удаленного доступа к файлам FTP. Назначение номеров портов прикладным процессам осуществляется либо централизовано, если эти процессы представляют собой популярные общедоступные сервисы, либо локально операционной системой. Локальное присвоение номера порта заключается в том, что ОС некоторого приложения просто связывает с ним любой доступный из резерва ОС числовой идентификатор, обращая внимание на то, чтобы он не входил в число зарезервированных.
Приложения, которые передают данные на уровень IP по протоколу UDP, получают номера, называемые UDP-портами. Аналогично приложениям, обращающимся к протоколу TCP, выделяются ТСР-порты. Однако никакой связи между назначенными номерами TCP- и UDP-портов нет. Даже если номера TCP- и UDP-портов совпадают, они идентифицируют разные приложения. Диапазоны чисел, из которых выделяются номера TCP- и UDP-портов, совпадают: от 0 до 1023 для назначенных и от 1024 до 65535 для динамических.
Особенности и отличия протоколов
Протоколы TCP и UDP имеют много общего. Тот и другой обеспечивают интерфейс с вышележащим прикладным уровнем, передавая данные, поступающие на входной интерфейс хоста, соответствующему приложению. При этом, оба протокола используют концепции «порт» и «сокет». Оба они также поддерживают интерфейс с нижележащим сетевым уровнем IP, упаковывая свои PDU в IP-пакеты. Однако различий между TCP и UDP гораздо больше, чем сходств.
Протокол ICMP
Протокол межсетевых управляющих сообщений ICMP (Internet Control Message Protocol) предназначен для передачи сообщений об ошибках и других исключительных ситуациях, возникших при передаче данных.
Хотя формально ICMP использует IP (ICMP пакеты инкапсулируются в IP пакеты), он является неотъемлемой частью IP и обязателен при реализации стека TCP/IP. Текущая версия ICMP для IPv4 называется ICMPv4. В IPv6 существует аналогичный протокол ICMPv6. Протокол ICMP не делает протокол IP средством надёжной доставки сообщений. Для этих целей существует TCP.
Протокол ICMP служит дополнением, компенсирующим ненадежность протокола IP. Он не предназначен для исправления возникших при передаче пакета проблем: если пакет потерян, ICMP не может послать его заново. Задача ICMP другая — он является средством оповещения отправителя о «несчастных случаях», произошедших с его пакетами.
Протокол ICMP не предусматривает передачу сообщений о проблемах, возникающих при обработке IP-пакетов, несущих ICMP-сообщения об ошибках. Такое решение было принято разработчиками протокола, чтобы не порождать «штормы» в сетях.