Андрей Робачевский - Операционная система UNIX

В соответствии с моделью DARPA, рассмотренной нами ранее, протоколы транспортного уровня работают исключительно на хостах, являющихся точками обмена информацией — источниках или получателях датаграмм. Поскольку основная функция шлюзов заключается в выборе пути и последующей передаче датаграммы, которые непосредственно шлюзу не адресованы, протоколы этого уровня обычно не задействованы в шлюзах.

Два протокола этого уровня — TCP и UDP обеспечивают транспорт данных с заданными характеристиками между источником и получателем. Поскольку на каждом хосте как правило существует несколько процессов- получателей данных, протоколы этого уровня должны располагать необходимой информацией для доставки данных требуемому протоколу уровня приложений.

Как было показано, каждый уровень протоколов DARPA имеет собственную систему адресации. Например, для уровня сетевого интерфейса (соответствующего физическому уровню и уровню канала данных модели OSI) в локальных сетях используется физический адрес интерфейса. Он представляет собой 48-битный адрес, как правило, записанный в память платы. Для отображения физического адреса в адрес протокола верхнего уровня (Internet) используется специальный протокол трансляции адреса Address Resolution Protocol (ARP).

Уровень Internet (или сетевой уровень модели OSI) в качестве адресов использует уже рассмотренные нами IP-адреса. Для адресации протокола верхнего уровня используется поле Protocolзаголовка IP-датаграммы.

Протоколы транспортного уровня замыкают систему адресации DARPA. Адреса, которые используются протоколами этого уровня и называются номерами портов (port number), служат для определения процесса (приложения), выполняющегося на данном хосте, которому адресованы данные. Другими словами, для передачи сообщения от источника к получателю требуется шесть адресов — по три с каждой стороны (физический адрес адаптера, IP-адрес и номер порта) — для однозначного определения пути. Номер порта адресует конкретный процесс (приложение) и содержится в заголовке TCP- или UDP-пакета. IP-адрес определяет сеть и хост, на котором выполняется процесс, и содержится в заголовке IP-датаграммы. Адрес сетевого адаптера определяет расположение хоста в физической сети.

Номера портов занимают 16 бит и стандартизированы в соответствии с их назначением. Полный список стандартных номеров портов приведен в RFC 1700 "Assigned Numbers". Часть из них в качестве примера приведена в табл. 6.4.

Таблица 6.4. Некоторые стандартные номера портов

UDP является протоколом транспортного уровня и, как следует из названия, обеспечивает логический коммуникационный канал между источником и получателем данных без предварительного установления связи. Другими словами, сообщения, обрабатываемые протоколом не имеют друг к другу никакого отношения с точки зрения UDP. Для передачи датаграмм использует протокол IP и так же, как и последний, не обеспечивает надежности передачи. Поэтому приложения, использующие этот транспортный протокол, должны при необходимости самостоятельно обеспечить надежность доставки, например, путем обмена подтверждениями и повторной передачей недоставленных сообщений.

Однако благодаря минимальной функциональности протокола UDP, передача данных с его использованием вносит гораздо меньшие накладные расходы по сравнению, скажем, с парным ему транспортным протоколом TCP. Размер заголовка UDP, показанного на рис. 6.9, составляет всего 8 октетов.

Рис. 6.9. Заголовок UDP

Первые два поля, каждое из которых занимает по 2 октета, адресуют соответственно порты источника и получателя. Указание порта источника является необязательным и это поле может быть заполнено нулями. Поле Lengthсодержит длину датаграммы, которая не может быть меньше 8 октетов. Поле Checksumиспользуется для хранения контрольной суммы и используется только если протокол верхнего уровня требует этого. Если контрольная сумма не используется, это поле заполняется нулями. В противном случае она вычисляется по псевдозаголовку , содержащему IP-адреса источника и получателя датаграммы и поле Protocolиз IP-заголовка. Вид псевдозаголовка представлен на рис. 6.10. То, что вычисление контрольной суммы включает IP-адреса, гарантирует, что полученная датаграмма доставлена требуемому адресату. Заметим, что для протокола UDP значение поля Protocol равно 17.

Рис. 6.10. Псевдозаголовок UDP

В качестве примеров протоколов уровня приложений, которые используют в качестве транспортного протокол UDP, можно привести:

□ Протокол взаимодействия с сервером доменных имен DNS, порт 53.

□ Протокол синхронизации времени Network Time Protocol, порт 123.

□ Протокол удаленной загрузки BOOTP, порты 67 и 68 для клиента и сервера соответственно.

□ Протокол удаленного копирования Trivial FTP (TFTP), порт 69.

□ Удаленный вызов процедур RPC, порт 111.

Для всех перечисленных протоколов и соответствующих им приложений предполагается, что в случае недоставки сообщения необходимые действия предпримет протокол верхнего уровня (приложение). Как правило, приложения, использующие протокол UDP в качестве транспорта, обмениваются данными, имеющими статистический повторяющийся характер, когда потеря одного сообщения не влияет на работу приложения в целом. Приложения, требующие гарантированной надежной доставки данных, используют более сложный протокол транспортного уровня, в значительной степени дополняющего функциональность протокола IP, — протокол TCP.