Vietnamese network base chapter 3

Chương 3: Tầng giao vận I Dịch vụ nguyên tắc tầng giao vận Nằm tầng ứng dụng tầng mạng, tầng giao vận tầng trung tâm kiến trúc phân tầng với nhiệm vụ cung cấp dịch vụ truyền thơng tiến trình ứng dụng chạy máy tính khác Chương nghiên cứu tất dịch vụ tầng giao vận nguyên tắc thực điều theo nhiều cách tiếp cận khác Chúng ta xem dịch vụ triển khai giao thức Tầng giao vận Internet có hai giao thức quan trọng TCP UDP Hai chương trước nói vai trị dịch vụ mà tầng giao vận cung cấp bây giờ, biết tầng giao vận? Hình 3.1 Tầng giao vận cung cấp dịch vụ truyền thơng logic cho tiến trình ứng dụng Giao thức tầng giao vận cung cấp kênh truyền logic (ảo) tiến trình ứng dụng chạy máy tính khác Gọi logic khơng tồn đường truyền vật lý thực hai tiến trình Các tiến trình ứng dụng sử dụng đường truyền ảo để trao đổi thông điệp mà bận tâm sở hạ tầng mơi trường vật lý thực Hình 3.1 minh họa điều Trên hình 3.1, tầng giao vận nằm thiết bị đầu cuối Router hoạt động tầng mạng Ở phía gửi, thực thể giao vận chèn thơng điệp mà nhận từ tiến trình ứng dụng vào 4PDU (là đơn vị liệu giao thức tầng giao vận - Protocol Data Unit) Công việc thực cách chia thông điệp thành nhiều đoạn nhỏ, bổ sung vào đầu đoạn tiêu đề tầng giao vận để tạo gói liệu tầng giao vận (4-PDU) Sau tầng giao vận truyền gói liệu (4PDU) xuống tầng mạng, gói đặt gói liệu tầng mạng (3-PDU) Ở phía nhận, tầng giao vận nhận gói liệu từ tầng mạng, loại bỏ phần tiêu đề gói liệu 4-PDU, ghép chúng lại thành thơng điệp hồn chỉnh chuyển cho tiến trình ứng dụng nhận Trên mạng máy tính có nhiều giao thức hoạt động tầng giao vận Mỗi giao thức cung cấp dịch vụ với chất lượng khác cho ứng dụng Tất giao thức tầng giao vận cung cấp dịch vụ dồn kênh (multiplex) phân kênh (demultiplex), điều nói cụ thể phần sau Như nói phần 2.1 , ngồi dịch vụ dồn kênh/phân kênh, tầng giao vận cịn cung cấp dịch vụ khác cho tiến trình ứng dụng truyền liệu tin cậy, đảm bảo thông hay giới hạn độ trễ Quan hệ tầng giao vận tầng mạng Tầng giao vận nằm tầng mạng Nếu giao thức tầng giao vận cung cấp đường truyền logic tiến trình chạy máy tính khác nhau, giao thức tầng mạng cung cấp đường truyền máy tính Điểm khác biệt nhỏ khó nhận biết quan trọng, xét ví dụ Giả sử có hai nhà: bờ biển phía đơng, bờ biển phía tây nước Mĩ, nhà có 12 đứa trẻ anh em họ với Hàng tuần chúng trao đổi thư cho nhau, thư đặt phong bì riêng dịch vụ bưu gửi theo địa ghi phong bì Hàng tuần nhà nhận 144 thư từ nhà bên (bọn trẻ tiết kiệm tiền chúng sử dụng email) Ở nhà có đứa trẻ chịu trách nhiệm thu thập phân phát thư - Ann nhà phía tây, Bill nhà phía đơng Mỗi tuần, Ann lấy thư từ bọn trẻ nhà chuyển cho nhân viên bưu cục - người thường xuyên ghé qua nhà để lấy chuyển thư Khi nhận thư từ nhân viên bưu tá, Ann chuyển tiếp thư cho người nhận Bill thực công việc tương tự Trong ví dụ trên, dịch vụ bưu cung cấp đường truyền logic hai nhà - chuyển thư từ nhà đến nhà kia, từ người đến người Còn Ann Bill cung cấp đường truyền logic người hai nhà Đối với lũ trẻ, Ann Bill dịch vụ chuyển thư Ann Bill phần (phần đầu mút) hệ thống chuyển thư Qua ví dụ ta hiểu quan hệ tầng giao vận tầng mạng: Máy tính (hay thiết bị đầu cuối) = Ngơi nhà Tiến trình = Từng người nhà Thông điệp ứng dụng = Thư phong bì Giao thức tầng mạng = Dịch vụ bưu (gồm nhân viên bưu chính) Giao thức tầng giao vận = Ann Bill Trong ví dụ trên, Ann Bill thực công việc phân phát thư ngơi nhà chúng, khơng thực việc xếp thư bưu cục (và trạm trung chuyển đường đi) hay gửi thư từ bưu cục tới bưu cục khác Tương tự, giao thức tầng giao vận hoạt động thiết bị đầu cuối Tại thiết bị đầu cuối, giao thức tầng giao vận chuyển liệu từ tiến trình ứng dụng xuống tầng mạng ngược lại thông điệp truyền tầng mạng Trên hình 3.1, router khơng xử lý thông tin tiêu đề mà tầng giao vận chèn vào bên cạnh thông điệp ứng dụng Giả sử Ann Bill vắng, Susan Harvey làm thay Nhưng thật đáng tiếc hai đứa trẻ cịn q nhỏ, khơng làm việc cẩn thận Ann Bill Chúng làm thư Tương tự vậy, mạng máy tính có nhiều giao thức giao vận, giao thức cung cấp dịch vụ với chất lượng khác cho chương trình ứng dụng Dịch vụ mà Ann Bill cung cấp phụ thuộc vào dịch vụ bưu điện Ví dụ bưu điện không đảm bảo thời gian chuyển thư hai nhà Ann Bill khơng đảm bảo thời gian chuyển thư hai người hai nhà Tương tự, dịch vụ giao thức tầng giao vận cung cấp phụ thuộc vào dịch vụ tầng mạng bên Nếu giao thức tầng mạng không đảm bảo thời gian trễ hay đảm bảo băng thơng cho gói liệu 4-PDU q trình gửi máy tính, giao thức tầng giao vận khơng thể cung cấp dich vụ gửi thơng điệp tiến trình ứng dụng Tuy nhiên, tầng giao vận cung cấp dịch vụ mà tầng mạng không cung cấp Những dich vụ nghiên cứu chương này, ví dụ giao thức tầng giao vận cung cấp dịch vụ truyền liệu tin cậy cho tầng ứng dụng tầng mạng không đáng tin cậy làm mất, gửi lỗi hay gửi trùng lặp liệu Một dịch vụ khác nghiên cứu chương (An ninh mạng) khả mã hố thơng điệp tầng giao vận để đảm bảo thông điệp không bị đọc trộm, tầng mạng không thực điều Tổng quan tầng giao vận Internet Trong mạng Internet hay mạng TCP/IP nói chung có hai giao thức tầng giao vận: UDP TCP UDP (User Datagram Protocol) cung cấp dịch vụ truyền không tin cậy không hướng nối TCP (Transmission Control Protocol) cung cấp dịch vụ tin cậy hướng nối cho ứng dụng Người thiết kế ứng dụng phải lựa chọn hai giao thức cho ứng dụng Để đơn giản, mơ hình Internet ta coi 4-PDU segment Tuy vậy, khuyến nghị RFC 4-PDU coi segment TCP datagram UDP Nói chung thuật ngữ datagram thường sử dụng đối cho PDU tầng mạng sách nhập môn này, nói chung xảy nhầm lẫn sử dụng thuật ngữ segment cho TCP PDU UDP PDU Trước tiếp tục, nói qua tầng mạng Internet (Tầng mạng nghiên cứu chi tiết chương 4) Giao thức tầng mạng IP (Internet Protocol) IP cung cấp đường truyền 1ogic máy tính mơ hình dịch vụ theo kiểucố gắng tối đa (best effort delivery service) Nghĩa IP cố gắng gửi segment máy tính - hay thiết bị đầu cuối khác nhau, khơng đảm bảo điều Nói cụ thể hơn, IP không đảm bảo thứ tự truyền, tính tồn vẹn liệu segment Chính người ta xem IP dịch vụ khơng tin cậy Mỗi máy tính có địa IP xác định Trong chương ta cần biết máy tính phải có địa IP xác định Nhiệm vụ UDP TCP mở rộng dịch vụ IP - truyền liệu hai thiết bị đầu cuối - thành dịch vụ truyền liệu hai tiến trình chạy thiết bị đầu cuối Việc mở rộng từ truyền liệu máy tính (host-to-host) đến truyền liệu tiến trình (process-to-process) gọi trình dồn kênh (multipiex) phân kênh (demuitip/ex) Vấn đề nghiên cứu phần sau UDP TCP kiểm soát tính tồn vẹn (hay tính đắn) liệu nhờ trường phát lỗi đặt tiêu đề gói liệu UDP cung cấp dịch vụ phân phối liệu hai tiến trình kiểm tra lỗi Tương tự IP, UDP dịch vụ không tin cậy, không đảm bảo liệu truyền cách đắn tiến trình UDP thảo luận kỹ phần 3.1 Ngoài phân kênh, dồn kênh, TCP cung cấp số dịch vụ khác cho ứng dụng Dịch vụ quan trọng truyền liệu tin cậy (reliable data transfer) Các chế điều khiển lưu lượng, đánh số thứ tự, số thứ tự biên nhận, định thời giúp TCP đảm bảo liệu truyền từ tiến trình gửi đến tiến trình nhận xác thứ tự Như giao thức TCP biến dịch vụ truyền không tin cậy thiết bị đầu cuối (IP) thành dịch vụ truyền liệu tin cậy tiến trình Giao thức cung cấp dịch vụ truyền liệu tin cậy kiểm soát tắc nghẽn phức tạp Các phần từ 3.4 đến 3.8 trình bày nguyên tắc chung dịch vụ giao thức TCP Cách tiếp cận chương giới thiệu xen kẽ nguyên lý với giao thức TCP Ví dụ nói tổng quan cách thức cung cấp dịch vụ truyền liệu tin cậy sau nghiên cứu TCP thực điều Chúng ta bắt đầu công việc dồn kênh/phân kênh với liệu từ tầng ứng dụng II Dịch vụ dồn kênh, phân kênh Phần nghiên cứu công việc dồn kênh phân kênh mạng Để đơn giản, chung ta nói đến dịch vụ tầng giao vận mơ hình Internet.Tuy nhiên cần nhấn mạnh - dịch vụ cần thiết tất mơ hình kết nối mạng Mặc dù dồn kênh/phân kênh dịch vụ quan trọng tầng giao vận, cần thiết Để hiểu vậy, ta thấy IP truyền liệu hai thiết bị đầu cuối, thiết bị có địa IP định IP khơng truyền liệu tiến trình ứng dụng chạy máy tính Mở rộng việc gửi - từ máy tính đến máy tính - tới từ tiến trình đến tiến trình cơng việc dồn kênh phân kênh Tại máy tính nhận, tầng giao vận nhận gói liệu (hay cịn gọi segment) từ tầng mạng phía có trách nhiệm gửi liệu segment tới tiến trình ứng dụng thích hợp máy tính Giả sử lúc máy tính bạn tải trang Web xuống, chạy phiên FTP hai phiên Telnet lúc Như bạn chạy tiến trình ứng dụng: tiến trình Telnet, tiến trình FTP, tiến trình HTTP Khi tầng giao vận máy tính bạn nhận liệu từ tầng mạng chuyển lên, phải gửi liệu tới tiến trình Việc diễn nào? Mỗi segment tầng giao vận có trường xác định tiến trình nhận liệu Tầng giao vận bên nhận sử dụng trường để xác định rõ tiến trình nhận gửi liệu segment tới tiến trình Cơng việc chuyển liệu segment tới tiến trình ứng dụng gọi phân kênh Tại thiết bị gửi, tầng giao vận nhận liệu từ nhiều tiến trình ứng dụng khác nhau, tạo segment chứa liệu với số thông tin tiêu đề cuối chuyển segment xuống tầng mạng Quá trình gọi dồn kênh Hình 3.2 minh hoạ hai trình Hình 3.2 Dịch vụ dồn kênh, phân kênh Để hiểu rõ dịch vụ dồn kênh, ta quay lại ví dụ trước Mỗi đứa trẻ xác định qua tên Khi Bill nhận thư từ người đưa thư, cậu bé thực trình phân kênh cách đọc tên phong bì thư để chuyển cho người nhận Cịn Ann thực q trình dồn kênh thu thập thư từ người chuyển cho người đưa thư UDP TCP thực việc dồn kênh phân kênh nhờ hai trường đặc biệt đầu segment: trường định danh cổng tiến trình gửi (nguồn - source port number) trường định danh cổng tiến trình nhận (đích - destination port number) Hai trường minh họa hình 3.3 Chúng xác định tiến trình ứng dụng chạy máy tính Tất nhiên UDP TCP cịn có nhiều trường khác mà nghiên cứu sau Khái niệm số hiệu cổng giới thiệu qua phần 2.6 - 2.7 Nó số 16 bit, nhận giá trị từ tới 65535 Các giá trị từ đến 1023 giá trị đặc biệt sử dụng hạn chế, tức ứng dụng thông dụng HTTP, FTP sử dụng HTTP sử dụng cổng 80, FTP sử dụng cổng 21 Danh sách cổng thơng dụng tham khảo RFC 1700 Khi xây dựng ứng dụng mới, phải xác định số hiệu cổng cho ứng dụng Mỗi ứng dụng chạy thiết bị đầu cuối có số hiệu cổng định Bởi vấn đề đặt segment tầng giao vận có trường số hiệu cổng nguồn đích Một thiết bị đầu cuối chạy đồng thời hai tiến trình kiểu, số hiệu cổng đích chưa đủ để phân biệt tiến trình Giả sử Web server chạy tiến trình HTTP xử lý thơng điệp u cầu; Web server phục vụ nhiều yêu cầu lúc (điều thơng thường) server chạy nhiều tiến trình cổng 80 Để gửi liệu đến tiến trình nhận, phải xác định số hiệu cổng phía gửi (cổng nguồn) Hình 3.3 Trường địa tiến trình gửi, tiến trình nhận gói liệu segment Cổng nguồn tạo nào? Nhận giá trị bao nhiêu? Để trả lời câu hỏi nhớ lại ứng dụng mạng sử dụng kiến trúc khách hàng người phục vụ Thông thường máy tính khởi đầu trước đóng vai trị client, máy tính đóng vai trị server Xét ví dụ tiến trình ứng dụng có số hiệu cổng 23 (số hiệu cổng ứng dụng Telnet server) Hãy quan sát segment tầng giao vận rời client (là máy tính chạy chương trình Telnet client) chuyển tới server Số hiệu cổng nguồn đích segment bao nhiêu? Số hiệu cổng đích số hiệu cổng tiến trình nhận - 23 Cịn số hiệu cổng nguồn - phía client - giá trị chưa sử dụng tiến trình nào, phần mềm giao vận chạy máy tính client xác định tự động Giả sử phía client chọn số hiệu cổng x segment gửi tới ứng dụng Telnet có cổng nguồn x, cổng đích 23 Khi segment tới, server vào số hiệu cổng để chuyển liệu segment tới tiến trình ứng dụng nhận Cổng đích 23 xác định tiến trình Telnet, cổng nguồn x để xác định tiến trình gửi cụ thể Segment truyền từ server tới client ngược lại Cổng nguồn cổng ứng dụng có giá trị 23, cịn cổng đích x (là số hiệu cổng nguồn segment gửi từ client tới server) Khi segment tới, client vào số hiệu cổng nguồn đích để gửi liệu segment tới tiến trình ứng dụng Hình minh hoạ trình Hình 3.4 Sử dụng số hiệu cổng nguồn cổng đích trình ứng dụng khách/chủ Chuyện xảy có hai client khác thiết lập phiên làm việc tới server client chọn cổng nguồn x? Điều dễ xảy với Web server có nhiều người truy cập, phải phục vụ nhiều yêu cầu Bên server phải phân kênh segment hai phiên làm việc có cặp số hiệu cổng? Khi server phải sử dụng địa IP gói liệu IP (datagram) chứa segment Trên hình 3.5, máy C có hai phiên làm việc máy A có phiên làm việc HTTP tới server B Cả ba máy A, B, C có địa IP phân biệt A, B, C Máy C sử dụng hai cổng nguồn (x,y) khác cho hai kết nối HTTP tới B A chọn số hiệu cổng nguồn độc lập với C nên gán cổng nguồn x cho kết nối HTTP Tuy nhiên máy chủ B thực phân kênh hai gói segement có cặp cổng giống địa IP nguồn khác Tóm lại, bên nhận sử dụng ba giá trị (địa IP nguồn, số hiệu cổng nguồn, số hiệu cổng đích) để xác định tiến trình ứng dụng nhận Sau xem xét tầng giao vận thực việc dồn kênh phân kênh tiến trình ứng dụng nào, nghiên cứu giao thức giao vận Internet - UDP Trong phần thấy hai dịch vụ dồn kênh phân kênh, UDP gần khơng cung cấp dịch vụ khác Hình 3.5 Hai client số hiệu cổng đích truyền thơng với server III UDP - Giao thức không hướng nối Trong phần ta nghiên cứu chế hoạt động UDP Độc giả cần nhớ lại khái quát dịch vụ UDP trình bày phần 2.1, trình tạo socket UDP phần 2.7 Bạn làm muốn xây dựng giao thức giao vận đơn giản - giao thức giao vận "rỗng"? Khi đó, thực thể giao vận phía gửi nhận thơng điệp từ tiến trình ứng dụng chuyển xuống tầng mạng; thực thể giao vận phía nhận chuyển thông điệp tầng mạng đưa lên tới chương trình ứng dụng tương ứng Tầng giao vận cung cấp dịch vụ dồn kênh/phân kênh chuyển liệu đến từ tầng mạng tới tiến trình ứng dụng nhận UDP đặc tả RFC 768 giao thức giao vận đơn giản Bên cạnh chức dồn kênh/phân kênh, UDP có thêm chế phát lỗi đơn giản.Có nói sử dụng UDP gần ứng dụng làm việc trực tiếp với tầng mạng IP UDP lấy thơng điệp từ tiến trình ứng dụng, chèn thêm số trường tiêu đề, có hai trường địa cổng nguồn đích cho dịch vụ dồn kênh/phân kênh để tạo nên gói liệu segment Gói segment sau tạo đưa xuống tầng mạng Tầng mạng đặt segment gói liệu IP datagram cố gắng gửi gói IP datagram tới máy tính nhận Nếu segment tới nơi nhận UDP sử dụng số hiệu cổng địa IP tiến trình nhận để truyền liệu segment tới tiến trình ứng dụng nhận Chú ý UDP khơng đòi hỏi thực thể bên gửi bên nhận phải liên kết trước trao đổi liệu Vì UDP xem dịch vụ không hướng nối hay không liên kết trước (connectionless) DNS giao thức tầng ứng dụng chạy UDP Khi muốn tạo truy vấn, DNS xây dựng thông điệp truy vấn DNS, chuyển thông điệp tới socket (xem lại phần 2.7) UDP bổ sung số trường vào đầu thông điệp để tạo nên UDP segment gửi segment xuống tầng mạng Tầng mạng đóng gói UDP segment IP datagram gửi datagram tới đích (name server) Sau đó, DNS bên gửi đợi trả lời Nếu khơng nhận câu trả lời (điều xảy tầng làm thông điệp u cầu hay thơng điệp trả lời) DNS gửi lại yêu cầu báo cho ứng dụng biết không nhận câu trả lời Các đặc tả DNS cho phép DNS chạy TCP thực tế DNS thường chạy UDP So với UDP, TCP có nhiều ưu điểm hơn: TCP cung cấp dịch vụ truyền liệu tin cậy UDP không làm Tuy nhiên thực tế nhiều ứng dụng phù hợp với UDP · Khơng có giai đoạn thiết lập kết nối: TCP sử dụng chế "bắt tay" ba bước trước bắt đầu truyền liệu thực UDP không cần chế trước truyền liệu Vì UDP khơng phải chịu thời gian trễ để thiết lập đường truyền Đây nguyên nhân DNS chạy UDP TCP DNS chạy chậm sử dụng TCP HTTP sử dụng TCP đối tượng Web cần tải xác - yêu cầu đường truyền tin cậy Nhưng trình bày phần 2.2, giai đoạn thiết lập đường truyền TCP gây nên thời gian trễ cho HTTP (tình trạng "world wide wait") · Khơng trì trạng thái kết nối TCP ghi nhớ trạng thái kết nối hệ thống đầu cuối Trạng thái kết nối bao gồm vùng đệm (buffer) bên nhận bên gửi, tham số kiểm soát tắc nghẽn, số phát số biên nhận Nó giúp TCP triển khai dịch vụ truyền tin tin cậy chế kiểm soát tắc nghẽn Trong phần 3.5 ta hiểu ý nghĩa trạng thái UDP lưu giữ thơng tin Do phía server sử dụng UDP có khả phục vụ đồng thời nhiều client · Tiêu đề gói liệu nhỏ: Tiêu đề TCP segment 20 bytes UDP có bytes Khơng kiểm sốt tốc độ gửi TCP có chế kiểm sốt tắc nghẽn, điều chỉnh tốc độ gửi xẩy tắc nghẽn Cơ chế điều chỉnh ảnh hưởng tới ứng dụng thời gian thực - ứng dụng chấp nhận mát liệu (trong phạm vi đó) lại địi hỏi phải có tốc độ truyền tối thiểu Tốc độ truyền liệu UDP bị giới hạn tốc độ sinh liệu ứng dụng, khả máy tính nguồn (CPU, tốc độ đồng hồ), tốc độ truy cập mạng Chú ý bên nhận không thiết phải nhận toàn liệu Khi mạng bị tắc nghẽn, phần liệu bị tràn vùng đệm router Tốc độ nhận bị giới hạn tắc nghẽn tốc độ gửi không bị giới hạn Ứng dụng Giao thức tầng ứng dụng Tầng giao vận tương ứng Thư điện tử SMTP TCP Truy cập từ xa Telnet TCP Web HTTP TCP Truyền file FTP TCP File server NFS thường UDP Đa phương tiện Phụ thuộc hãng sản xuất thường UDP Điện thoại qua Internet Phụ thuộc hãng sản xuất thường UDP Quản lý mạng SNMP thường UDP Định tuyến RIP thường UDP Tên miền DNS thường UDP Hình 3.6 liệt kê số ứng dụng phổ biến giao thức giao vận chúng Email, truy cập từ xa, Web truyền file chạy TCP chúng cần đến dịch vụ truyền liệu tin cậy Tuy nhiên có số ứng dụng khác thích hợp với UDP TCP Giao thức cập nhật bảng định tuyến RIP (sẽ học chương 4) sử dụng UDP, việc cập nhật thực định kỳ (thường khoảng phút lần), dù cập nhật bị có cập nhật sau khoảng thời gian ngắn UDP sử dụng để gửi liệu quản trị mạng (SNMP; xem chương 8) Trong trường hợp UDP thích hợp TCP tiến trình quản trị mạng thường hoạt động mạng có cố khơng thể truyền liệu xác hay chế kiểm sốt tắc nghẽn khơng làm việc DNS sử dụng UDP, tránh thời gian trễ giai đoạn thiết lập kết nối Ngày UDP thường ứng dụng đa phương tiện điện thoại Internet, hội thảo từ xa, ứng dụng thời gian thực sử dụng Những ứng dụng thảo luận chi tiết chương Các ứng dụng chấp nhận mát, lỗi phần liệu, truyền liệu tin cậy khơng phải tiêu chí quan trọng đánh giá thành công ứng dụng Hơn ứng dụng thời gian thực điện thoại Internet hội thảo từ xa khơng thích ứng với chế kiểm sốt tắc nghẽn TCP Do ứng dụng đa phương tiện thời gian thực thường lựa chọn UDP tầng giao vận Hiện triển khai thực tế, song việc ứng dụng đa phương tiện sử dụng UDP gây nhiều tranh cãi Như nói trên, UDP khơng kiểm sốt tắc nghẽn nên mạng dễ bị tắc nghẽn - thơng tin chuyển Nếu tất người xem phim trực tuyến gói tin bị tràn đệm router - chẳng xem Thiếu chế kiểm sốt tắc nghẽn vân đề nghiêm trọng UDP Người ta đưa nhiều chế đòi hỏi tất thực thể - kể UDP - thực chế kiểm sốt lưu lượng thích nghi [Mahdavi 1997 Floyd 2000] Trước trình bày cấu trúc UDP segment, cần ý sử dụng UDP ứng dụng có đường truyền tin cậy Điều thực cách đảm bảo tính tin cậy thân ứng dụng (bằng chế đánh số thứ tự, truyền lại) Công việc làm ứng dụng cồng kềnh phức tạp Tuy nhiên ưu điểm ứng dụng truyền thơng tin cậy với tốc độ khơng bị chế kiểm sốt tắc nghẽn TCP khống chế Ngày số phần mềm chuyên dụng đa phương tiện sử dụng chế đánh số thứ tự truyền lại chương trình ứng dụng để giảm bớt việc liệu [Rhee 1998] Cấu trúc UDP segment Cấu trúc UDP segment, đặc tả RFC 768 minh hoạ hình 3.7 Dữ liệu ứng dụng nằm trường liệu UDP datagram Ví dụ DNS, trường liệu chứa thông điệp yêu cầu hay thông điệp trả lời Tiêu đề UDP có bốn trường, độ lớn trường hai byte Như nói phân trước, số hiệu cổng cho phép thiết bị gửi chuyển liệu tới tiến trình chạy thiết bị nhận (chức phân kênh) Trường Checksum bên nhận sử dụng để kiểm tra segment có lỗi hay khơng Trên thực tế, kể tiêu đề gói liệu IP tính checksum Nguyên tắc chế phát sửa lỗi trình bày phần 5.1 Trường độ dài (Length) cho biết độ dài (tính theo byte) tồn gói liệu UDP segment - kể phần tiêu đề Hình 3.7 Cấu trúc gói UDP datagram UDP checksum UDP checksum sử dụng để phát lỗi Checksum tính sau: tính giá trị bù tổng từ 16 bit segment, giá trị nhận được đặt vào trường checksum gói liệu phát có đoạn trống dịng liệu - nghĩa thiếu segment Vì TCP khơng sử dụng biên nhận phủ định (NAK) nên bên nhận gửi biên nhận phủ định Thay vào đó, biên nhận lại byte thứ tự cuối mà nhận (tạo ACK trùng lặp) Nếu bên gửi TCP nhận ACK trùng lặp cho segment, cho segment sau segment biên nhận ba lần bị Trong trường hợp này, TCP thực chế truyền lại nhanh (fast retransmit) [RFC 258], gửi lại segment bị cho trước timer segment hết hạn (kết thúc) /* assume sender is not contrained by TCP flow or congestion control, that data from above is less than MSS in size, and that data transfer is in one direction only */ sendbase = initial_sequence number nextseqnum = initial_sequence number loop (forever) { switch (event) event: data received from application above create TCP segment with sequence number nextseqnum start timer for segment nextseqnum pass segment to IP nextseqnum = nextseqnum + length(data) break; /* end of event data received from above */ event: timer timeout for segment with sequence number y retransmit segment with sequence number y compute new timeout interval for segment y break: /* end of timeout event */ event: ACK received with ACK field value of y if (y > sendbase) { /* cumulative ACK of all data up to y */ cancel all timers for segments with sequence numbers < y sendbase = y } else {/* a duplicate ACK for already ACKed segment */ Increment number of duplicate ACKs received for y If (number of duplicate ACKs received for y == 3) { /* TCP fast retransmit */ Resend segment with sequence number y Restart timer for segment y } } break; /* end of ACK received event */ } /* end of loop forever */ Hình 3.31 Bên gửi TCP Sự kiện Segment đến có số thứ tự số thứ tự mong muốn Tất liệu đến số thứ tự mong Hành động tiếp nhận TCP Trì hỗn ACK Đợi segment thứ tự khoảng thời gian 500ms muốn biên nhận Khơng có khoảng trống liệu nhận Segment đến có số thứ tự số thứ tự mong muốn Segment đến trước đợi gửi biên nhận Khơng có khoảng trống liệu nhận Segment khơng thứ tự đến, có số thứ tự cao số thứ tự mong muốn nhận Phát có khoảng trống liệu Segment đến lấp đầy phần toàn trống liệu nhận Nếu segment không xuất gửi ACK Ngay gửi ACK tích luỹ biên nhận cho hai segment thứ tự Ngay gửi ACK trùng lặp số thứ tự byte mong muốn nhận Ngay gửi ACK biên nhận cho đoạn khoảng liệu thứ tự liên tục lớn nhận Hình 3.32 Truyền lại vi ACK Chúng ta kết thúc thảo luận để xem xét vài trường hợp đơn giản Giả sử segment có số thứ tự 92 có byte liệu Sau gửi segment này, máy A chờ segment ACK với giá trị biên nhận 100 máy B Mặc dù segment gửi từ máy A đến máy B ACK gửi từ máy B đến máy A bị Trong trường hợp này, hết thời gian đợi, máy A truyền lại segment giống hệt cho B Dĩ nhiên nhận segment truyền lại, máy B phát trùng lặp nhờ trường số thứ tự Vì thực thể TCP máy B loại bỏ segment truyền lại Trong trường hợp thứ hai, máy A gửi hai segment liên tiếp Segment có số thứ tự 92 byte liệu, segment thứ hai có số thứ tự 100 20 byte liệu Giả sử hai segment đến máy B nguyên vẹn máy B gửi biên nhận ACK riêng rẽ cho segment ACK cho segment có số biên nhận 100 cho segment thứ hai 120 Lại giả sử hai ACK không đến máy A trước hết thời gian đợi segment Khi hết thời gian đợi, máy A gửi lại segment có số thứ tự 92 Vậy máy A có gửi lại segment thứ hai không ? Theo quy tắc mô tả trên, máy A gửi lại segment thứ hai hết thời gian đợi trước ACK có số biên nhận 120 lớn đến Vì vậy, minh hoạ hình 3.33, ACK thứ hai khơng đến trước timeout segment thứ hai máy A gửi lại segment thứ hai Trong trường hợp thứ ba trường hợp cuối cùng, giả sử máy tính A gửi hai segment giống ví dụ hai ACK segment bị mất, trước hết thời gian đợi segment đầu tiên, máy A nhận ACK có số biên nhận 120 - máy A hiểu mảy B nhận tất byte đến tận byte thứ 119, máy A khơng phải gửi lại segment hai segment Hình 3.33 Segment khơng cần truyền lại ACK đến trước thi hết thời gian đợi Mặc dù phần trước nói TCP giao thức kiểu Go-Back-N giá trị biên nhận mang tính tích luỹ bên nhận khơng biên nhận cho segment nhận không theo số thứ tự TCP bên gửi cần ghi nhớ số thứ tự nhỏ byte gửi chưa biên nhận (sendbase) số thứ tự cho byte gửi (nextseqnum) Tuy nhiên cần lưu ý thành phần truyền liệu tin cậy TCP giống Go-Back-N, khơng phải giống hồn tồn Để phân biệt số điểm khác TCP Go-Back- N, xem điều xảy bên gửi gửi segment nên tiếp 1, N, tất segment nhận thứ tự khơng có lỗi Giả sử ACK segment n