Что выполнит клиент если ему нужно отправить датаграммы udp
Что выполнит клиент если ему нужно отправить датаграммы udp
Какие два поля TCP-заголовка используются для подтверждения получения данных?
**Номер подтверждения
**Порядковый номер
Заполните пустое поле, вставив число. Все * сообщения передаются в процессе закрытия TCP-сеансов между клиентом и сервером.
Какой сценарий описывает функцию, предоставляемую транспортным уровнем?
**Учащийся открывает два окна веб-браузера для доступа к двум веб-сайтам. Транспортный уровень обеспечивает отображение каждой из запрошенных веб-страниц в соответствующем ей окне браузера.
Какой фактор определяет размер окна TCP?
**Объём данных, который может обработать узел назначения за один раз
Что является полным диапазоном известных портов TCP и UDP?
Заполните пустое поле. В течение сеанса TCP *** поле используется клиентом для запроса связи с сервером.
Какие два флага в TCP-заголовке используются при трёхстороннем рукопожатии TCP для установления соединения между двумя сетевыми устройствами? (Выберите два варианта ответа.)
Узловому устройству нужно отправить по сети большой видеофайл, при этом обеспечивая передачу данных для других пользователей. Какая функция обеспечит одновременную работу различных потоков связи? При этом все потоки данных должны распределиться по доступной полосе пропускания.
**сочетание IP-адреса источника и номера порта или IP-адреса назначения и номера порта
Узловое устройство отправляет пакеты данных веб-серверу с помощью протокола HTTP. Что использует транспортный уровень для передачи потока данных соответствующему приложению на сервере?
**номер порта назначения
Что произойдет в случае потери первого пакета передачи TFTP?
**Если ответ не будет получен, приложение TFTP повторит запрос.
Какая функция является преимуществом транспортного протокола UDP?
**сокращение задержек при передаче
По сравнению с UDP какой фактор приводит к дополнительной сетевой нагрузке при коммуникации TCP?
**сетевой трафик, вызванный повторными передачами
Что выполнит клиент, если ему нужно отправить датаграммы UDP?
**Просто отправляет датаграммы.
Технический специалист хочет использовать протокол TFTP для передачи большого файла с файлового сервера на удалённый маршрутизатор. Какое утверждение верно для этого случая?
**Файл разделяется на сегменты, а затем при необходимости собирается в правильном порядке протоколом верхнего уровня.
Какая функция транспортного уровня используется для гарантированного установления сеанса?
**трёхстороннее рукопожатие TCP
В течение сеанса TCP конечное устройство отправляет номер подтверждения устройству источника. Что представляет номер подтверждения?
**последний порядковый номер, отправленный источником
Что выберет клиентское приложение для номера порта источника — TCP или UDP?
**случайное значение в диапазоне зарегистрированных портов
ПК загружает файл большого размера с сервера. Размер окна TCP — 1000 байт. Сервер отправляет файл, используя 100-байтовые сегменты. Сколько сегментов отправит сервер перед тем, как ему потребуется подтверждение от ПК?
Протокол UDP — преимущества, недостатки и применение
А зачем протокол транспортного уровня, если он не обеспечивает надежность доставки выше чем IP, почему нельзя использовать просто IP для передачи данных?
Но на транспортном уровне необходимо указать порт отправителя и порт получателя, что и делает протокол UDP.
Формат заголовка
Формат заголовка udp состоит из 4-х полей:
Преимущества и применение UDP
Преимущество UDP в том, что протокол обеспечивает более высокую скорость работы по сравнению с TCP, так как у него нет накладных расходов на установку и на разрыв соединения.
Ошибки в современных сетях происходят достаточно редко и сетевые приложения способны самостоятельно исправлять такие, редко возникающие ошибки.
Область применения UDP — это системы, которые работают в режиме запрос-ответ и обмениваются между собой короткими сообщениями.
Применение UDP: DNS
В качестве применения UDP рассмотрим систему доменных имен DNS. DNS позволяют определить по доменному имени соответствующий ему IP-адрес. Например к доменному имени www.cisco.com соответствует вот такой IP адрес 184.86.0.170. Система DNS использует протокол UDP, порт 53.
Рассмотрим пример сетевого взаимодействия в DNS. В системе DNS есть сервер, который знает какие IP-адреса соответствуют доменным именам и клиент, который хочет получить такую информацию. Клиент DNS направляет запрос серверу, какой IP у доменного имени www.cisco.com? Сервер DNS получает такой запрос, находит соответствующий IP-адрес и отправляет ответ (184.86.0.170) взаимодействие происходит с использованием протокола UDP и для получения IP-адреса достаточно всего две дейтаграммы.
Если бы для запроса IP-адреса использовался протокол TCP, то необходимо было бы передать гораздо больше сообщений. Перед тем как запрашивать IP-адрес необходимо было бы установить соединение TCP. Для этого нужно 3 сообщения, затем запросить IP-адрес, получить ответ (еще 2 сообщения) и после того, как ответ получен нужно разорвать соединение, для этого нужно 3 или 4 сообщения.
Недостаток UDP
Недостаток UDP в том, что он не обеспечивает надежности передачи данных, поэтому ошибки должно обрабатывать приложение. Рассмотрим, что произойдет, если запрос потерялся. Приложение клиента DNS при отправке запроса (www.cisco.com?) запускает таймер, если в течении какого-то времени ответ не приходит, таймер срабатывает и тот же самый запрос отправляется еще раз.
В этот раз запрос дошел (www.cisco.com) и DNS сервер в ответ отправил нам IP-адрес, который был необходим (184.86.0.170). Даже с учетом того, что произошла потеря данных ip-адрес все равно получен быстрее, чем если бы использовался протокол TCP. Однако существенным недостатком использования UDP является то, что приложение само должно обрабатывать ошибочные ситуации.
Выводы по протоколу UDP
UDP использует простую модель связи без установления соединения с минимумом протокольных механизмов. UDP предоставляет контрольные суммы для целостности данных и номера портов для адресации различных функций в источнике и получателе дейтаграммы. Он не имеет диалоговых окон для подтверждения связи и, таким образом, подвергает программу пользователя любой ненадежности базовой сети; нет гарантии доставки, заказа или защиты от дублирования. Если средства исправления ошибок необходимы на уровне сетевого интерфейса, приложение может использовать протокол управления передачей (TCP) или протокол передачи управления потоком (SCTP), которые предназначены для этой цели.
СОДЕРЖАНИЕ
Атрибуты
Ряд атрибутов UDP делают его особенно подходящим для определенных приложений.
Порты
Структура дейтаграммы UDP
| Смещения | Октет | 0 | 1 | 2 | 3 | ||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Октет | Немного | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 год | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 год | 29 | 30 | 31 год |
| 0 | 0 | Исходный порт | Порт назначения | ||||||||||||||||||||||||||||||
| 4 | 32 | Длина | Контрольная сумма | ||||||||||||||||||||||||||||||
Использование полей контрольной суммы и порта источника необязательно в IPv4 (розовый фон в таблице). В IPv6 только поле порта источника является необязательным.
Расчет контрольной суммы
Другими словами, все 16-битные слова суммируются с использованием дополнительной арифметики. Сложите 16-битные значения. При каждом добавлении, если создается перенос (17-й бит), поверните этот 17-й бит переноса и добавьте его к младшему значащему биту промежуточной суммы. Наконец, сумма дополняется до значения поля контрольной суммы UDP.
Если вычисление контрольной суммы приводит к нулевому значению (все 16 битов 0), оно должно быть отправлено как дополнение до единицы (все единицы), поскольку контрольная сумма с нулевым значением указывает, что контрольная сумма не была вычислена. В этом случае никакой специальной обработки на приемнике не требуется, потому что все нули и все единицы равны нулю в арифметике дополнения до единицы.
Разница между IPv4 и IPv6 заключается в псевдозаголовке, используемом для вычисления контрольной суммы, а контрольная сумма не является необязательной в IPv6.
Псевдо-заголовок IPv4
| Смещения | Октет | 0 | 1 | 2 | 3 | ||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Октет | Немного | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 год | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 год | 29 | 30 | 31 год |
| 0 | 0 | Исходный IPv4-адрес | |||||||||||||||||||||||||||||||
| 4 | 32 | IPv4-адрес назначения | |||||||||||||||||||||||||||||||
| 8 | 64 | Нули | Протокол | Длина UDP | |||||||||||||||||||||||||||||
| 12 | 96 | Исходный порт | Порт назначения | ||||||||||||||||||||||||||||||
| 16 | 128 | Длина | Контрольная сумма | ||||||||||||||||||||||||||||||
| 20 | 160+ | Данные | |||||||||||||||||||||||||||||||
Вычисление контрольной суммы UDP не является обязательным для IPv4. Если контрольная сумма не используется, ей следует установить нулевое значение.
Псевдо-заголовок IPv6
Когда UDP работает через IPv6, контрольная сумма является обязательной. Метод, используемый для его вычисления, изменен, как описано в RFC 2460 :
Любой транспортный или другой протокол верхнего уровня, который включает адреса из заголовка IP при вычислении контрольной суммы, должен быть модифицирован для использования через IPv6, чтобы включить 128-битные адреса IPv6.
При вычислении контрольной суммы снова используется псевдозаголовок, имитирующий настоящий заголовок IPv6 :
| Смещения | Октет | 0 | 1 | 2 | 3 | ||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Октет | Немного | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 год | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 год | 29 | 30 | 31 год |
| 0 | 0 | Исходный IPv6-адрес | |||||||||||||||||||||||||||||||
| 4 | 32 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| 8 | 64 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| 12 | 96 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| 16 | 128 | IPv6-адрес назначения | |||||||||||||||||||||||||||||||
| 20 | 160 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| 24 | 192 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| 28 год | 224 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| 32 | 256 | Длина UDP | |||||||||||||||||||||||||||||||
| 36 | 288 | Нули | Следующий заголовок = Протокол | ||||||||||||||||||||||||||||||
| 40 | 320 | Исходный порт | Порт назначения | ||||||||||||||||||||||||||||||
| 44 год | 352 | Длина | Контрольная сумма | ||||||||||||||||||||||||||||||
| 48 | 384+ | Данные | |||||||||||||||||||||||||||||||
Надежность и контроль перегрузок
Приложения
Многие ключевые интернет-приложения используют UDP, в том числе: систему доменных имен (DNS), где запросы должны быть быстрыми и состоять только из одного запроса, за которым следует один пакет ответа, простой протокол управления сетью (SNMP), протокол информации о маршрутизации ( RIP) и протокол динамической конфигурации хоста (DHCP).
Сравнение UDP и TCP
Протокол UDP
— это простой, ориентированный на дейтаграммы протокол без организации соединения, предоставляющий быстрое, но необязательно надежное транспортное обслуживание. Он поддерживает взаимодействия «один со многими» и поэтому часто применяется для широковещательной и групповой передачи дейтаграмм.
Internet Protocol (IP) является основным протоколом Интернета. Transmission Control Protocol (TCP) и UDP — это протоколы транспортного уровня, построенные поверх лежащего в основе протокола.
TCP/IP — это набор протоколов, называемый также «пакетом протоколов Интернета» (Internet Protocol Suite), состоящий из четырех уровней. Запомните, что TCP/IP не просто один протокол, а семейство или набор протоколов, который состоит из других низкоуровневых протоколов, таких, как IP, TCP и UDP. UDP располагается на транспортном уровне поверх IP (протокола сетевого уровня). Транспортный уровень обеспечивает взаимодействие между сетями через шлюзы. В нем используются IP-адреса для отправки пакетов данных через Интернет или другую сеть с помощью разнообразных драйверов устройств.
Прежде чем приступать к изучению работы UDP, обратимся к основной терминологии, которую нужно хорошо знать. Ниже вкратце определим основные термины, связанные с UDP:
Пакеты
В передаче данных пакетом называется последовательность двоичных цифр, представляющих данные и управляющие сигналы, которые передаются и коммутируются через хост. Внутри пакета эта информация расположена в соответствии со специальным форматом.
Дейтаграммы
Дейтаграмма — это отдельный, независимый пакет данных, несущий информацию, достаточную для передачи от источника до пункта назначения, поэтому никакого дополнительного обмена между источником, адресатом и транспортной сетью не требуется.
MTU (Maximum Transmission Unit)
MTU характеризует канальный уровень и соответствует максимальному числу байтов, которое можно передать в одном пакете. Другими словами MTU — это самый большой пакет, который может переносить данная сетевая среда. Например, Ethernet имеет фиксированный MTU, равный 1500 байтам. В UDP, если размер дейтаграммы больше MTU, протокол IP выполняет фрагментацию, разбивая дейтаграмму на более мелкие части (фрагменты) так, чтобы каждый фрагмент был меньше MTU.
Порты
Чтобы поставить в соответствие входящим данным конкретный процесс, выполняемый в компьютере, UDP использует порты. UDP направляет пакет в соответствующее место, используя номер порта, указанный в UDP-заголовке дейтаграммы. Порты представлены 16-битными номерами и, следовательно, принимает значения в диапазоне от 0 до 65 535. Порты, которые также называют конечными точками логических соединений, разделены на три категории:
Регистрируемые порты — от 1024 до 49151
Динамические / частные порты — от 49152 до 65535
Заметим, что порты UDP могут получать более одного сообщения в каждый промежуток времени. В некоторых случаях сервисы TCP и UDP могут использовать одни и те же номера портов, например 7 (Echo) или 23 (Telnet).
UDP использует следующие известные порты:
Перечень портов UDP и TCP поддерживается агентством IANA (Internet Assigned Numbers Authority).
IP-адреса
Дейтаграмма IP состоит из 32-битных IP-адресов источника и назначения. IP-адрес назначения задает конечную точку для дейтаграммы UDP, а IP-адрес источника используется для получения информации о том, кто отправил сообщение. В пункте назначения пакеты фильтруются, и те из них, адреса источников которых не входят в допустимый набор адресов, отбрасываются без уведомления отправителя.
Однонаправленный IP-адрес уникально определяет хост в сети, тогда как групповой IP-адрес определяет конкретную группу адресов в сети. Широковещательные IP-адреса получаются и обрабатываются всеми хостами локальной сети или конкретной подсети.
Значение времени жизни, или TTL (time-to-live), позволяет установить верхний предел числа маршрутизаторов, через которые может пройти дейтаграмма. Значение TTL не дает пакетам попасть в бесконечные циклы. Оно инициализируется отправителем и уменьшается на единицу каждым маршрутизатором, обрабатывающим дейтаграмму. Когда значение TTL становится нулевым, дейтаграмма отбрасывается.
Групповая рассылка
Групповая рассылка — это открытый, базирующийся на стандартах, метод одновременного распространения идентичной информации нескольким пользователям. Групповая рассылка является основным средством протокола UDP, она невозможна для протокола TCP. Групповая рассылка позволяет добиться взаимодействия одного со многими, например, делает возможными такие использования, как рассылка новостей и почты нескольким получателям, интернет-радио или демонстрационные программы реального времени. Групповая рассылка не так сильно нагружает сеть, как широковещательная передача, поскольку данные отправляются сразу нескольким пользователям:
Принцип работы UDP
Когда приложение, базирующееся на UDP, отправляет данные другому хосту в сети, UDP дополняет их восьмибитным заголовком, содержащим номера портов адресата и отправителя, общую длину данных и контрольную сумму. Поверх дейтаграммы UDP свой заголовок добавляет IP, формируя дейтаграмму IP:
На предыдущем рисунке указано, что общая длина заголовка UDP составляет восемь байтов. Теоретически максимальный размер дейтаграммы IP равен 65 535 байтам. С учетом 20 байтов заголовка IP и 8 байтов заголовка UDP длина данных пользователя может достигать 65 507 байтов. Однако большинство программ работают с данными меньшего размера. Так, для большинства приложений по умолчанию установлена длина приблизительно 8192 байта, поскольку именно такой объем данных считывается и записывается сетевой файловой системой (NFS). Можно устанавливать размеры входного и выходного буферов.
Контрольная сумма нужна, чтобы проверить были ли данные доставлены в пункт назначения правильно или были искажены. Она охватывает как заголовок UDP, так и данные. Байт-заполнитель используется, если общее число октетов дейтаграммы нечетно. Если полученная контрольная сумма равна нулю, получатель фиксирует ошибку контрольной суммы и отбрасывает дейтаграмму. Хотя контрольная сумма является необязательным средством, ее всегда рекомендуется включать.
На следующем шаге уровень IP добавляет 20 байтов заголовка, включающего TTL, IP-адреса источника и получателя и другую информацию. Это действие называют IP-инкапсуляцией.
Как упоминалось ранее, максимальный размер пакета равен 65 507 байтам. Если пакет превышает установленный по умолчанию размер MTU, то уровень IP разбивает пакет на сегменты. Эти сегменты называются фрагментами, а процесс разбиения данных на сегменты — фрагментацией. Заголовок IP содержит всю информацию о фрагментах.
Когда приложение-отправитель «выбрасывает» дейтаграмму в сеть, она направляется по IP-адресу назначения, указанному в заголовке IP. При проходе через маршрутизатор значение времени жизни (TTL) в заголовке IP уменьшается на единицу.
Когда дейтаграмма прибывает к заданному назначению и порту, уровень IP по своему заголовку проверяет, фрагментирована ли дейтаграмма. Если это так, дейтаграмма собирается в соответствии с информацией, имеющейся в заголовке. Наконец прикладной уровень извлекает отфильтрованные данные, удаляя заголовок.
Недостатки UDP
По сравнению с TCP UDP имеет следующие недостатки:
Отсутствие сигналов квитирования. Перед отправкой пакета UDP, отправляющая сторона не обменивается с получающей стороной квитирующими сигналами. Следовательно, у отправителя нет способа узнать, достигла ли дейтаграмма конечной системы. В результате UDP не может гарантировать, что данные будут действительно доставлены адресату (например, если не работает конечная система или сеть).
Напротив, протокол TCP ориентирован на установление соединений и обеспечивает взаимодействие между подключенными к сети хостами, используя пакеты. В TCP применяются сигналы квитирования, позволяющие проверить успешность транспортировки данных.
Использование сессий. Ориентированность TCP на соединения поддерживается сеансами между хостами. TCP использует идентификатор сеанса, позволяющий отслеживать соединения между двумя хостами. UDP не имеет поддержки сеансов из-за своей природы, не ориентированной на соединения.
Надежность. UDP не гарантирует, что адресату будет доставлена только одна копия данных. Чтобы отправить конечной системе большой объем данных, UDP разбивает его на небольшие части. UDP не гарантирует, что эти части будут доставлены по назначению в том же порядке, в каком они создавались в источнике. Напротив, TCP вместе с номерами портов использует порядковые номера и регулярно отправляемые подтверждения, гарантирующие упорядоченную доставку данных.
Безопасность. TCP более защищен, чем UDP. Во многих организациях брандмауэры и маршрутизаторы не пропускают пакеты UDP. Это связано с тем, что хакеры могут воспользоваться портами UDP, не устанавливая явных соединений.
Управление потоком. В UDP управление потоком отсутствует, в результате плохо спроектированное UDP-приложение может захватить значительную часть пропускной способности сети.
Преимущества UDP
По сравнению с TCP UDP имеет следующие преимущества:
Нет установки соединения. UDP является протоколом без организации соединений, поэтому он освобождает от накладных расходов, связанных с установкой соединений. Поскольку UDP не пользуется сигналами квитирования, то задержек, вызванных установкой соединений, также удается избежать. Именно поэтому DNS отдает предпочтение UDP перед TCP — DNS работала бы гораздо медленнее, если бы она выполнялась через TCP.
Скорость. UDP работает быстрее TCP. По этой причине многие приложения предпочитают не TCP, a UDP. Те же средства, которые делают TCP более устойчивым (например сигналы квитирования), замедляют его работу.
Топологическое разнообразие. UDP поддерживает взаимодействия «один с одним» и «один с многими», в то время как TCP поддерживает лишь взаимодействие «один с одним».
Накладные расходы. Работа с TCP означает повышенные накладные расходы, издержки, налагаемые UDP, существенно ниже. TCP по сравнению с UDP использует значительно больше ресурсов операционной системы, и, как следствие, в таких средах, где серверы одновременно обслуживают многих клиентов, широко используют UDP.
Размер заголовка. Для каждого пакета заголовок UDP имеет длину всего лишь восемь байтов, в то время как TCP имеет 20-байтовые заголовки, и поэтому UDP потребляет меньше пропускной способности сети.