Ασκήσεις κεφαλαίου

Ανατροφοδότηση

Το επίπεδο μεταφοράς είναι υπεύθυνο για την επικοινωνία των δεδομένων που λαμβάνονται από το επίπεδο εφαρμογής μεταξύ του υπολογιστή (κόμβου) αφετηρίας και του υπολογιστή (κόμβου) προορισμού ή αλλιώς επικοινωνία από-άκρο-σε-άκρο (end-to-end), με ή χωρίς εγκατάσταση σύνδεσης. Με άλλα λόγια στην πρώτη περίπτωση, αρχικά γίνεται εγκατάσταση σύνδεσης και ένα πρόγραμμα στον υπολογιστή αφετηρίας συνομιλεί με ένα παρόμοιο πρόγραμμα του υπολογιστή προορισμού, ενώ στην δεύτερη περίπτωση χωρίς να εγκατασταθεί σύνδεση μεταξύ των κόμβων, το πρόγραμμα στην αφετηρία μεταδίδει άμεσα τα δεδομένα στο πρόγραμμα προορισμού.

Ανατροφοδότηση

Ο αριθμός Άθροισμα Ελέγχου (Checksum) στο πεδίο αυτό της επικεφαλίδας τοποθετείται από τον αποστολέα, αφού υπολογίσει το άθροισμα απ' όλα τα octets σε ένα datagram. Το TCP στο άλλο άκρο υπολογίζει ξανά το άθροισμα και το συγκρίνει με αυτό παρέλαβε. Αν τα δύο αποτελέσματα δεν είναι ίδια, τότε κάτι συνέβη κατά τη μεταφορά και το datagram απορρίπτεται.

Ανατροφοδότηση

Προκειμένου το TCP να αποφασίσει κάθε φορά πόσα octets μπορεί να στείλει με ένα τμήμα δεδομένων, επιλέγει το μικρότερο μέγεθος δεδομένων με βάση τους παρακάτω τρεις παράγοντες:

1. Ο πρώτος παράγοντας είναι η τιμή του πεδίου Παράθυρο που ανακοινώνει το κάθε άκρο με βάση το μηχανισμό έλεγχου ροής. Με άλλα λόγια η τιμή του Παράθυρου (Window) έχει ανακοινωθεί σε κάποιο τμήμα του πεδίου της επικεφαλίδας από τον παραλήπτη.
2. Σε επόμενο στάδιο λαμβάνει υπόψη του από το μηχανισμό ελέγχου συμφόρησης μια τιμή που αναφέρεται ως Παράθυρο Συμφόρησης, ώστε να μην πλημμυρίσει ο αποστολέας με δεδομένα το δίκτυο. Για τον έλεγχο της συμφόρησης το TCP διατηρεί μια μεταβλητή όπου η τιμή της μπορεί να μεταβάλλεται, καθώς μεταβάλλεται η ροή δεδομένων (φόρτος) μεταξύ των συσκευών(δρομολογητές) του ενδιαμέσου δικτύου.
3. Ο τελευταίος παράγοντας που λαμβάνεται υπόψη στο TCP είναι το όριο που έχει τεθεί από το φυσικό επίπεδο και είναι γνωστό ως μέγιστη μονάδα εκπομπής (MTU). Στο Ethernet είναι 1500 octets ανά πακέτο.

Ανατροφοδότηση

Για την μεταφορά των datagrams με το πρωτόκολλο UDP, δεν γίνεται εγκατάσταση σύνδεσης μεταξύ των δύο άκρων και δεν διασπάται το μήνυμα σε μικρότερα τμήματα όταν δεν υποστηρίζεται το μέγεθος του datagram. Κάθε αυτοδύναμο πακέτο μεταφέρεται μέσω δικτύων από κόμβο σε κόμβο μέχρι να φτάσει στο προορισμό του χωρίς να εγγυάται κανείς ότι δεν θα χαθεί ή θα καταστραφεί. Από την άλλη πλευρά όμως αυτή η απλότητα της δομής του και η έλλειψη ελέγχων προσδίδει στο UDP το πλεονέκτημα της αύξησης στην ταχύτητα μετάδοσης των δεδομένων και την απώλεια σε overhead, δηλαδή της μείωσης χρησιμοποίησης των πόρων του δικτύου για μη ωφέλιμες εργασίες.

Ανατροφοδότηση

Το UDP χρησιμοποιείται σε εφαρμογές όπου δεν έχει τόση σημασία η πληρότητα της μεταφοράς των δεδομένων σε σύγκριση με την ταχύτητα που θα παραληφθούν. Τέτοιες εφαρμογές είναι:

• αυτές οι οποίες μεταδίδουν σε πραγματικό χρόνο ροές video και ήχου (real-time audio/videο), όπως IPTV, VoIP. Εδώ μας ενδιαφέρει τα δεδομένα να φτάνουν τη σωστή χρονική στιγμή. Οποιαδήποτε απώλειά τους, μας επηρεάζει μόνο στην ποιότητα του αναπαραγόμενου σήματος.
• Servers, οι οποίοι απαντούν σε μικρά αιτήματα ενός τεράστιου αριθμού από πελάτες/clients, όπως στα δικτυακά online παιχνίδια. Οι Servers, χρησιμοποιώντας UDP, δεν απασχολούνται με το να ελέγχουν την κατάσταση της κάθε σύνδεσης και έτσι μπορούν να εξυπηρετήσουν ένα πολύ μεγαλύτερο αριθμό χρηστών σε αντίθεση με το αν χρησιμοποιούσαν TCP.

Ανατροφοδότηση

Η μετάδοση των πληροφοριών μεταξύ των δύο άκρων με τη χρήση του πρωτοκόλλου TCP γίνεται σε τρεις φάσεις:

1. Εγκατάσταση Σύνδεσης
2. Μεταφορά δεδομένων
3. Τερματισμός Σύνδεσης

Ανατροφοδότηση

1. Σύμφωνα με τους παράγοντες με τους οποίους το TCP επιλέγει το μέγεθος του τμήματος που θα μεταδοθεί, η μικρότερη τιμή αντιστοιχεί στο πεδίο Παράθυρο=1200 Bytes. Άρα το ΤCP θα χρειαστεί να τεμαχίσει τα δεδομένα και το μέγεθος που πρέπει να συμφωνηθεί είναι 1200 bytes (1180 Βytes δεδομένα + 20 Bytes επικεφαλίδα).

2. Μετά τη λήψη του πρώτου τμήματος θα έχουν μεταδοθεί 1180bytes (1200bytes δεδομένα - 20bytes επικεφαλίδα). Έτσι απομένουν να μεταδοθούν τα υπόλοιπα 3600-1180 = 2420bytes. Τώρα όμως η μικρότερη τιμή αντιστοιχεί στον έλεγχο φόρτου του δικτύου MTU = 1500bytes. Επομένως θα μεταδοθούν άλλα δυο τμήματα μεγέθους 1480+20=1500 bytes και 940+20 = 960 bytes.

Ανατροφοδότηση

Ο παραλήπτης Host Β επιστρέφει το δικό του τμήμα συγχρονισμού και επιβεβαίωσης με τα πεδία ISN B = y, όπου ο αριθμός σειράς y παραλήπτη είναι τυχαίος και δεν έχει καμιά σχέση με τον αριθμό σειράς του αποστολέα. Το πεδίο ACK = ΟΝ και το πεδίο Αριθμός Επιβεβαίωσης (Acknowledgment) = x+1 = 4567802006+1 = 4567802007 (δηλαδή ο αριθμός σειράς του αποστολέα+1). Στη συνέχεια ο αποστολέας Host A θα απαντήσει, στέλνοντας το τμήμα επιβεβαίωσης με ACK = ΟΝ και Αριθμό Επιβεβαίωσης (Acknowledgment) = y+1.

Ανατροφοδότηση

Για λόγους επιτάχυνσης της επικοινωνίας, το TCP δεν περιμένει την παραλαβή της επιβεβαίωσης για να στείλει το επόμενο τμήμα. Δεν γίνεται όμως να αποστέλλονται συνεχώς δεδομένα, διότι ένας γρήγορος αποστολέας στο ένα άκρο θα μπορούσε να ξεπεράσει τις δυνατότητες απορρόφησης δεδομένων από ένα αργό παραλήπτη. Έτσι με το πεδίο Παράθυρο (Window) κάθε άκρο δηλώνει πόσα νέα δεδομένα μπορεί να απορροφήσει, τοποθετώντας σ' αυτό το πεδίο τον αριθμό από octets που διαθέτει ελεύθερα ο ενταμιευτής εισόδου (buffer). Όμως το μέγεθος του προσωρινού χώρου που μένει ελεύθερος μειώνεται όσο ο υπολογιστής λαμβάνει δεδομένα, ανάλογα με τις δυνατότητες επεξεργασίας του παραλήπτη. Αν ο χώρος αυτός γεμίσει, πρέπει ο αποστολέας να σταματήσει την αποστολή νέων δεδομένων, επειδή σ' αυτή την περίπτωση τα δεδομένα θα απορριφθούν. Όταν ο παραλήπτης απελευθερώσει χώρο, δηλώνει με το πεδίο Window ότι είναι έτοιμος να δεχτεί νέα δεδομένα.

Επομένως το μέγεθος Παράθυρο βοηθά στον έλεγχο ροής δεδομένων, δηλαδή τον έλεγχο ώστε να μην πλημμυρίσει ο παραλήπτης με δεδομένα από το αποστολέα.

Ανατροφοδότηση

Το TCP λαμβάνει υπόψη του από το μηχανισμό ελέγχου συμφόρησης μια τιμή που αναφέρεται ως Παράθυρο Συμφόρησης, ώστε να μην πλημμυρίσει ο αποστολέας με δεδομένα το δίκτυο. Για τον έλεγχο της συμφόρησης το TCP διατηρεί μια μεταβλητή όπου η τιμή της μπορεί να μεταβάλλεται, καθώς μεταβάλλεται η ροή δεδομένων (φόρτος) μεταξύ των συσκευών (δρομολογητές) του ενδιαμέσου δικτύου.

Ανατροφοδότηση

Προκειμένου το TCP να αποφασίσει κάθε φορά πόσα octets μπορεί να στείλει με ένα τμήμα δεδομένων, επιλέγει το μικρότερο μέγεθος δεδομένων με βάση τους παρακάτω τρεις παράγοντες:

1. Ο πρώτος παράγοντας είναι η τιμή του πεδίου Παράθυρο που ανακοινώνει το κάθε άκρο με βάση το μηχανισμό έλεγχου ροής. Με άλλα λόγια η τιμή του Παράθυρου (Window) έχει ανακοινωθεί σε κάποιο τμήμα του πεδίου της επικεφαλίδας από τον παραλήπτη.
2. Σε επόμενο στάδιο λαμβάνει υπόψη του από το μηχανισμό ελέγχου συμφόρησης μια τιμή που αναφέρεται ως Παράθυρο Συμφόρησης, ώστε να μην πλημμυρίσει ο αποστολέας με δεδομένα το δίκτυο. Για τον έλεγχο της συμφόρησης το TCP διατηρεί μια μεταβλητή όπου η τιμή της μπορεί να μεταβάλλεται, καθώς μεταβάλλεται η ροή δεδομένων (φόρτος) μεταξύ των συσκευών(δρομολογητές) του ενδιαμέσου δικτύου.
3. Ο τελευταίος παράγοντας που λαμβάνεται υπόψη στο TCP είναι το όριο που έχει τεθεί από το φυσικό επίπεδο και είναι γνωστό ως μέγιστη μονάδα εκπομπής (MTU). Στο Ethernet είναι 1500 octets ανά πακέτο.

Ανατροφοδότηση

Σύμφωνα με την τρίμερη μέθοδο εγκατάστασης σύνδεσης του πρωτοκόλλου TCP, τα τμήματα συγχρονισμού και επιβεβαίωσης που μεταφέρονται μεταξύ πελάτη και εξυπηρετητή είναι τα εξής:

1. Host A – Πελάτης: Το τμήμα συγχρονισμού

SYN=ON, ISN A=x=4567802006, Παράθυρο=65535, Μέγιστο Μήκος Τμήματος=1536

2. Host Β – Εξυπηρετητής: Το τμήμα συγχρονισμού και επιβεβαίωσης

SYN=ON, ISN B=y=3277203904, ACK = ΟΝ, Αριθμός Επιβεβαίωσης (Acknowledgment)=x+1=4567802007, Παράθυρο=4580, Μέγιστο Μήκος Τμήματος=1245

3. Host A – Πελάτης: Το τμήμα επιβεβαίωσης

ACK = ΟΝ, Αριθμός Επιβεβαίωσης (Acknowledgment)=y+1=3277203905, Παράθυρο=65535, Μέγιστο Μήκος Τμήματος=1536

Ανατροφοδότηση

Κάθε πλευρά που στέλνει ένα τμήμα FIN περιμένει να λάβει επιβεβαίωση για συγκεκριμένο χρονικό διάστημα και αν δεν το λάβει επανεκπέμπει ένα τμήμα FIN. Όμως αυτό μπορεί να οδηγήσει σε συνεχείς αναμεταδόσεις του τμήματος τερματισμού. Γι' αυτό το λόγο μετά από χρόνο που αντιστοιχεί σε διάστημα δυο εκπομπών του τμήματος τερματισμού και επιστροφής της επιβεβαίωσης, διακόπτεται η σύνδεση.