Introduzione al livello di trasporto

Introduzione al Livello di Trasporto

• Nello standard TCP/IP e nel modello ISO/OSI, il livello di Trasporto connette i livelli più bassi (Fisico, Datalink e Network) con il livello Applicazione.
• I livelli più bassi gestiscono il canale di comunicazione con diverse tecnologie.
• Il livello Applicazione implementa le applicazioni di rete usate dagli utenti (Sessione, Presentazione e Applicazione).

Scopo del Livello di Trasporto

• Il livello di Trasporto stabilisce un collegamento logico tra processi su host remoti.
• La comunicazione avviene tramite lo scambio di messaggi segmentati e trasformati in TPDU (Transport Protocol Data Unit).

Servizi del Livello di Trasporto

• Il Livello di trasporto fornisce un servizio di consegna affidabile.

Protocolli di Livello di Trasporto

• TCP (Transmission Control Protocol) è orientato alla connessione, affidabile e consente il controllo dell'integrità dei dati nei pacchetti.
  • Utilizza Acknowledge per garantire la consegna di tutti i pacchetti nell'ordine di spedizione.
• UDP (User Datagram Protocol) non è orientato alla connessione, non è affidabile.
• A livello Applicazione, ogni processo sceglie il protocollo (TCP o UDP) per realizzare la comunicazione sulla rete.

Multiplexing/Demultiplexing

• Multiplexing (Multiplazione): Raccoglie dati dai processi a livello Applicazione, crea segmenti con header di livello Trasporto.
  • È per la successiva demultiplazione.
  • Passa la sequenza ordinata di segmenti al livello di rete.
• Demultiplexing (Demultiplazione): Libera la sequenza di dati ricevuta dallo strato di rete dall'header di livello Trasporto.
  • Identifica la destinazione nell'header (porta) e consegna al processo richiedente a livello di applicazione.

Osservazioni sulle Porte

• L'indirizzo IP localizza l'host, ma in uno stesso host possono esserci più processi.
• Per Multiplexing/Demultiplexing, è necessario il concetto di PORTA per distinguere i processi.

Porte

• Una porta è un valore intero positivo (0-65535) che identifica un canale di comunicazione.
• Più applicazioni possono comunicare contemporaneamente usando porte diverse.

Socket

• Una socket è il punto di connessione univocamente identificato da un indirizzo IP e un numero di porta.
• Un'applicazione che comunica con un'altra su un host diverso usa un protocollo di Trasporto e crea una socket con indirizzo IP locale e numero di porta locale.
• L'applicazione comunica al SO di usare una determinata porta remota per la spedizione dei pacchetti.
• I pacchetti inviati a un host di destinazione avranno una socket di destinazione (indirizzo IP e numero di porta).
• I pacchetti sono ricevuti dall'interfaccia di rete (NIC) di destinazione e recapitati all'applicazione con il numero di porta di destinazione.

Esempio di Connessione

• Host A ha due applicazioni attive (<137.204.10.85:3300> e <137.204.10.85:3301>).
• Host B ha un'applicazione attiva (<137.204.56.10:3301>).
• Tutti si connettono a Host C (<137.204.57.85:80>) sulla porta 80 per richiedere un servizio HTTP.

Servizi Offerti dal Livello di Trasporto (1)

• Multiplazione/Demultiplazione: Il livello di trasporto riceve messaggi da processi attivi, li organizza in pacchetti (multiplazione), e consegna la sequenza ordinata (o non) al processo destinatario.
• Gestione della connessione: Servizio per instaurare, condurre e chiudere una connessione tra due processi comunicanti tramite un canale logico dedicato.
• Rilevazione degli errori: Riserva bit di controllo della parità per rilevare errori durante la trasmissione.

Servizi Offerti dal Livello di Trasporto (2)

• Trasferimento affidabile di segmenti: Tecniche per un canale logico affidabile tra processi, compensando errori e perdite mediante ritrasmissione e scarto di duplicati.
• Controllo del flusso dei segmenti trasmessi: Evita l'overflow del buffer del ricevente gestendo il flusso di dati inviati dal mittente.
• Controllo della congestione: Regola la velocità di immissione per evitare overflow nei buffer dei dispositivi di rete (router, switch, ecc.).

Servizi TCP/UDP

• UDP: Multiplexing/Demultiplexing, rilevazione degli errori.
• TCP: Multiplexing/Demultiplexing, rilevazione degli errori, gestione della connessione, trasferimento affidabile, controllo del flusso e della congestione.

Controllo degli Errori

• I protocolli di livello di trasporto possono rilevare errori nei segmenti trasmessi e scartare quelli con errori a ricezione.
• Il metodo usato è il calcolo del checksum.

Checksum: Controllo a Somma Aritmetica (1) - Lato Mittente

• Si somma il valore binario ASCII del contenuto del frame e si divide modulo 256.
• I bit da trasmettere sono divisi in sequenze di interi a 16 bit.
• Gli interi sono sommati (il riporto viene sommato alla somma).
• Si esegue il complemento del risultato (valore del checksum).
• Il risultato è posto nell'header del pacchetto a livello di trasporto.

Checksum: Controllo a Somma Aritmetica (2) - Lato Ricevente

• Vengono eseguite le stesse operazioni del mittente.
• Alla somma ottenuta, viene sommato il checksum.
• Se il risultato è una sequenza di tutti uno, il pacchetto è integro.

Protocollo UDP (User Datagram Protocol)

• UDP è adatto per servizi/applicazioni con bassi ritardi di trasferimento dati, ma tollera perdite ed errori.
• Usa il protocollo IP e le porte (socket) per distinguere le destinazioni nello stesso host.
• Usato da applicazioni che trasmettono singoli pacchetti senza connessione e controllo della consegna.

Protocollo TCP (Transmission Control Protocol): Servizio Affidabile

• TCP è un protocollo affidabile in quanto IP non offre un servizio di trasferimento dati affidabile.
• Un servizio è affidabile se tutti i messaggi sono consegnati senza errori, senza duplicati e nello stesso ordine in cui vengono inviati.

Servizio Affidabile: Meccanismi Utilizzati (1)

• Numerazione dei segmenti trasmessi: Serve per riordinare i pacchetti, riconoscere duplicati e richiedere ritrasmissioni.
• Timer in trasmissione: Tempo limite per la spedizione di un pacchetto; se non arriva, viene richiesta una ritrasmissione.

Servizio Affidabile: Meccanismi Utilizzati (2)

• Trasmissione di messaggi di riscontro della ricezione (Ack) con numero di sequenza: Richiedono nuovamente i pacchetti che non sono stati ricevuti entro un certo limite di tempo.
• Uso di finestre in trasmissione e ricezione (buffer temporanei):
  • Buffer in spedizione: Memorizza i pacchetti inviati fino alla ricezione di un riscontro per rispedirli se necessario.
  • Buffer in ricezione: Memorizza i pacchetti ricevuti per ordinarli prima di passarli al livello applicazione.

Connessione TCP

• Stabilisce una connessione agli estremi tra processi applicativi tramite socket (indirizzo IP e porta).
• Contrariamente a TCP, UDP non instaura una connessione (connectionless).

Client e Server

• In una connessione, le due macchine implementano un'organizzazione client-server.
• Il server rimane in attesa sulla porta specifica (Passive Open).
• Il client avvia l'applicazione che conosce l'indirizzo IP e la porta del server (Active Open).

Connessione: Ripasso

• Comunicazione con connessione (Connection-Oriented):
  • Mittente e destinatario si mettono d'accordo per scambiare dati, poi c'è il trasferimento delle informazioni ed infine si libera il canale.
• Comunicazione senza connessione (Connectionless): Il mittente invia dati in modo indipendente ed autonomo al destinatario che li riceve.

Connessione: Fasi (1)

• Apertura: viene utilizzata la "three-way handshake", i quali tre messaggi sono (SYN, SYN-ACK, ACK).
• Mantenimento: i client e ricevente si scambiano i dati

Connessione: Fasi (2)

• Chiusura: le parti dopo un handshake a tre vie terminano le connessioni, o tramite un handshake a quattro vie.
• Nel caso di un handshake a quattro vie, le connessioni vengono chiuse in tempi diversi.