ネットワークアーキテクチャ第8回(2004/11/29) トランスポート層のアーキテクチャ慶應義塾大学環境情報学部村井純 2004年度秋学期復習：インターネットのアーキテクチャ識別子の定義と割当 (Addressing) 通信の相手を特定階層的な定義域毎で一意性を保証 e.g. MACアドレス、IPアドレス、ポート番号それぞれのレベル(ドメイン)で責任を担保インターネットの洗練された抽象化経路選択によるパケットの転送 (Routing) パケットの宛先に届くように経路選択宛先に到達するための経路にあたるネットワークがどれかを決定経路表 (routing table) 該当経路にあるネットワーク(next hop)へ転送 (forwarding) 1 IPの基本バケツリレー方式中継ノードは自分宛てパケットでなければ次へ(TTL-1) 判断はネットワーク層で行う通信終了転送はリンク層(ARPによる対応) TTL -1 TTL -1 TTL -1 通信開始中継ノード3 中継ノード1 送信先中継ノード2 発信元経路制御の概念「終点・次ホップ・インターフェース」の組終点：ネットワークアドレス次ホップ：IPアドレス Routing Table Lookup Dst NH I/F A B B N1 C B N1 D B N1 N1 Routing Table Lookup Dst NH I/F A A N1 C C N2 D D N3 B AからDへの通信 C N2 D N3 2 トランスポート層のアーキテクチャトランスポート層の役割 2. 通信のend pointを一意に定義する通信の性質を決めるフローの形成 1. ①通信するホストのIPアドレス（ネットワーク層によって提供） ②トランスポートプロトコル ③ポート番号 3 通信の性質を決める : 手紙とFAXの例手紙送った順番には届かない送信者の動作は単純順番を考えずに転送受け取ったら次に渡す相手を指定 FAX同士が準備する (初期化) データを転送終了処理中継者の動作は大変通信中通信路を確保受信者の動作は少し複雑データグラムという必ず送った順番に届く送信者の動作は少し複雑あて先を明記ポストに投函受信者の動作は複雑受け取った手紙を順番に FAX 中継者の動作は単純送信者と協調して動作バーチャルサーキットというバーチャルサーキット 4 データグラムコネクション指向・コネクションレストランスポート層の大きな役割のひとつ通信の性質を決めるトランスポート層ではUDP/TCPとして提供される UDP(User Datagram Protocol) 信頼性のないデータグラム型通信 CL (Connectionless) TCP(Transmission Control Protocol) 信頼性のあるストリーム型通信 CO (Connection Oriented) Virtual Circuit 5 ポート番号 1つのホスト中で個別の通信を識別する。フローは、(ホストAのIPアドレス、ポート番号)と (ホストBのIPアドレス、ポート番号)の組み合わせで識別されるサービス毎の識別子 16bit(65536) トランスポートプロトコル独立 Wellknownポート(1∼1023番) ftp dns 21番 telnet 23番 53番 http 80番 /etc/services フローの形成（HTTPによる接続の例）クライアントサーバクライアントのポート64381番からサーバのポート80番までのフローが形成されるアプリケーションHTTP Client TCP Port 64381 IP 133.27.61.175 ネットワーク物理 HTTP Server Port 80 203.178.143.233 アプリケーション TCP IP ネットワーク物理 6 UDP User Datagram Protocol コネクションレスデータグラム型通信要は、、、、、パケットのサイズを決めて一方的に相手に送りつける相手が受け取れているかはおかまいなし UDPデータフローの特徴到達パケットの完全性 UDPチェックサム検証ホスト到達性非保証ポート到達不可検知 ICMP Port Unreachable 7 UDPヘッダフォーマット 0 15 16 31 発信元ポート番号宛先ポート番号 UDPデータ長 UDPチェックサムデータ UDPを用いたサービスの種類パケット損失率や伝播遅延の変動が少ない安定した通信路を想定即時性、実時間性重視 NFS, TFTP, SNMP DNS, 音声/動画ストリーミングアプリケーション一対多通信ブロードキャスト/マルチキャストアプリケーション 8 RTP Real-time Transport Protocol UDPデータグラムのペイロードに対する情報付加シーケンス番号タイムスタンプペイロードタイプ ,etc. RTP/UDPを用いるアプリケーション VoIP DVTS TCP コネクション指向ストリーム型通信特徴信頼性を提供する到達するパケットの完全性を保証データの逐次性＆到達性保証 9 TCPの仕組み(コネクションの確立方法) 3 way handshake SYN: コネクションを初期化する ACK: 確認応答コネクション要求者アクティブオープンコネクション提供者 SYN パッシブオープン SYN + ACK ACK コネクション確立 TCPの仕組み(再転送) パケット送信者 3 2 1 パケット受信者 1パケット目送信 1パケット目届いた 2パケット目送信あれ？返事がないしょうがないもう1回送ろう 1 Packet loss 1 2パケット目送信 2パケット目届いた 3パケット目送信 3パケット目届いた 2 1 3 2 1 10 再転送タイマー転送実行毎にタイマー起動 RTTを平滑化した値に基づく低遅延ネットワーク ⇒ 短いタイマー高遅延ネットワーク ⇒ 長いタイマータイマー再起動指数Back-off 最大値64sec TCPの仕組み(状態遷移) CLOSED Passive open Close Active open/SYN LISTEN SYN/SYN+ACK SYN SYN_RCVD ACK Close/FIN ACK/ACK+SYN ESTABLISHED FIN/ACK Close/FIN FIN_WAIT_1 ACK FIN_WAIT_2 Close SYN_SENT FIN/ACK Close/FIN CLOSING FIN+ACK/ACK FIN/ACK CLOSE_WAIT ACK LAST_ACK ACK Passive close TIME_WAIT Active close 11 LONG FAT PIPE問題帯域は増えるが遅延は減らない XXXbpsの専用線→「速さ」ではなく「太さ」高速で遅延の大きなネットワーク大規模データの高速転送は難しい Advertised Window ControlおよびCongestion Window Controlが Ackの遅延時間に直接影響されるため Network Bandwidth (bps) RTT (ms) BWxRTT (B) Ethernet 100M 3 37500 T1(大陸間) 1.5M 60 11.25 T(衛星) 1.5M 500 93.75 T3(大陸間) 45M 60 337500 OC12(大陸間) 622M 60 4665000 OC192(大陸間) 9600M 60 72000000 いい子、悪い子共存モデルお父さんテレビ:UDP 5Mbps • TCPとUDPがぶつかると TCPが減る • UDPはパケット垂れ流しお母さん電話:UDP 64Kbps 僕 ADSL ルータ ADSL8M ファイル転送:TCP 100MB Internet Internet 12