Visualizza wikitesto di Internet: architettura e protocolli/Livello Trasporto: Protocolli TCP-UDP

{{Internet: architettura e protocolli}}
Il '''{{tooltip|TCP|Transmission Control Protocol}}''' e l<nowiki>'</nowiki>'''{{tooltip|UDP|User Datagram Protocol}}''' sono due protocolli di livello trasporto.

Ogni host ha un unico indirizzo IP, ma può avere in esecuzione più applicazioni. Ogni applicazione comunica attraverso una porta TCP e una porta UDP; il livello di trasporto effettua poi il '''multiplexing''' delle connessioni, cioè gestisce i flussi provenienti dalle varie porte verso il protocollo di rete sottostante.

==TCP==
===Formato dell'intestazione dei pacchetti TCP===
L'intestazione dei pacchetti TCP ha il formato seguente:
* '''source port:''' la porta TCP sorgente;
* '''destination port:''' la porta TCP di destinazione;
* '''numero di sequenza''';
* '''acknowledgment number:''' la destinazione specifica il numero di sequenza del prossimo pacchetto da ricevere;
* '''hlen:''' la lunghezza dell'intestazione;
* '''flag:''' identificano l'informazione contenuta nel pacchetto:
** il flag ACK identifica se il pacchetto è un ACK;
** il flag SYN serve per l'apertura della connessione;
** il flag FIN serve per la chiusura della connessione;
* '''window size:''' la dimensione della finestra di ricezione del mittente del pacchetto, per permettere l'uso dei [[Introduzione alle reti telematiche/Protocolli a finestra|protocolli a finestra]];
* '''checksum'''.

====Numero di sequenza====
Il TCP è un protocollo orientato ai byte: il primo pacchetto inizia con un numero casuale, il secondo pacchetto ha quel numero incrementato del numero di byte di cui è costituito il primo pacchetto, e così via.

I buffer del mittente (coda di trasmissione) e della destinazione (coda di ricezione) non sono necessariamente di uguale dimensione → i dati possono venire segmentati in un modo e riassemblati in un altro.

===Circuito virtuale===
Il TCP è un protocollo connesso: funziona tramite '''circuito virtuale''' tra una porta del mittente e una porta del destinatario.

Il circuito virtuale è '''full-duplex''': consente la comunicazione in entrambi i sensi.

Esistono delle porte standard, chiamate '''well-known port''', tramite cui può essere contattato l'applicativo di destinazione: ad ogni well-known port è assegnato un protocollo ben preciso → l'applicativo di destinazione riesce a sapere quale protocollo vuole usare l'applicativo sorgente per la comunicazione. Ad esempio, la porta 80 è riservata alla comunicazione tramite il protocollo HTTP. Siccome la comunicazione è full-duplex, la risposta uscirà dalla porta 80 dell'applicativo di destinazione e giungerà alla porta aperta prima dall'applicativo sorgente per l'invio della richiesta. Le well-known port sono 1024, una piccola parte rispetto a tutte le porte utilizzabili.

====Apertura della connessione====
[[File:Apertura connessione TCP.png|thumb]]

Per aprire una connessione, il TCP usa un three-way [[Wikipedia:it:Handshaking|handshake]]:
# '''SYN:''' il client invia un SYN al server, impostando il numero di sequenza del segmento ad un valore casuale ''x'';
# '''SYN-ACK:''' il server risponde con un SYN-ACK, impostando il numero di acknowledgment al numero di sequenza ricevuto più uno (''x'' + 1), e scegliendo come numero di sequenza del pacchetto un altro numero casuale ''y'';
# '''ACK:''' infine il client invia indietro un ACK al server, impostando il numero di sequenza al valore di acknowledgement ricevuto (''x'' + 1), e il numero di acknowledgement al numero di sequenza ricevuto più uno (''y'' + 1).

A questo punto, sia il client sia il server hanno ricevuto un acknowledgment della connessione e la comunicazione full-duplex è stabilita.

====Chiusura della connessione====
[[File:Chiusura connessione TCP.png|thumb]]

La chiusura della connessione richiede l'invio di FIN e ACK in entrambe le direzioni. È una chiusura di tipo graceful leaving, perché gli interlocutori non abbandonano improvvisamente la conversazione ma prima la chiudono interagendo in maniera "educata".

===Uso dei protocolli a finestra===
Il TCP richiede più banda dell'UDP, a causa delle maggiori dimensioni dell'header dovute ai maggiori controlli: a differenza dell'UDP, il TCP effettua il '''controllo di flusso''' e '''di congestione''', e garantisce che tutti i pacchetti vengano consegnati integri a destinazione. L'acknowledge è obbligatorio (normalmente tramite [[Introduzione alle reti telematiche/Protocolli a finestra#Stop and wait|piggybacking]]), e se un pacchetto non è giunto a destinazione va ritrasmesso.

Se un segmento va perso e arrivano segmenti successivi nella sequenza, il ricevitore inizia ad inviare NACK duplicati riferiti al segmento mancante. Il trasmettitore capisce che deve ritrasmettere il segmento quando riceve 3 NACK duplicati.

La dimensione della finestra di trasmissione viene modificata dinamicamente in funzione della capacità della rete e del ricevitore:
:<math>\text{finestra di trasmissione} \, = \min{\left( \text{finestra di ricezione}, \, \text{finestra di congestione} \right)}</math>

Il trasmettitore conosce la finestra di ricezione grazie al campo "window size" nell'intestazione dei pacchetti TCP.

====Finestra di congestione====
[[File:Finestra di congestione TCP.png|thumb]]

La '''finestra di congestione''' serve per evitare di congestionare la rete limitando la finestra di trasmissione. All'apertura della connessione la finestra di congestione ha dimensione pari a 1, cioè viene mandato un solo pacchetto. Man mano che arrivano gli ACK, la finestra di congestione:
* cresce esponenzialmente (2, 4, 8...) fino ad arrivare a un certo '''valore di soglia''', che la prima volta è predefinito;
* superato il valore di soglia cresce linearmente.

Se un riscontro non arriva entro il timeout, il valore di soglia viene impostato alla metà del valore corrente della finestra di congestione e si riparte da 1.

==UDP==
Il protocollo UDP è privo dei controlli di flusso e di congestione → il trasmettitore continua a trasmettere alla massima velocità consentita dalla banda di trasmissione senza aspettare alcun ACK. Esegue solamente il controllo degli errori, cioè verifica il checksum del pacchetto per verificarne l'integrità.

L'UDP è un protocollo non connesso:
* non vi è alcun ritardo di apertura e di chiusura della connessione;
* è basso l'overhead, cioè il carico sul sistema operativo per tenere aperte le connessioni;
* i ritardi sono bassi e costanti, cioè la distanza tra un pacchetto e l'altro è uguale per tutti i pacchetti.

L'intestazione dei pacchetti UDP è molto più breve e semplice:
* source port;
* destination port;
* UDP length;
* UDP checksum.

L'UDP è utile:
* quando la rete è affidabile → i controlli non servono;
* quando le prestazioni e la riduzione del ritardo sono più importanti dell'affidabilità (es. telefonia);
* quando l'applicazione mette tutti i dati in un singolo pacchetto → non servono meccanismi per regolare la dimensione della finestra.

Eventuali meccanismi di ritrasmissione, come l'invio di ACK, devono essere gestiti a livello applicazione.
[[Categoria:Internet: architettura e protocolli|Livello Trasporto: Protocolli TCP-UDP]]