15.3 Transmisión de datos

15.3.1 El segmento TCP

• Aunque las aplicaciones leen y escriben un flujo de bytes, el TCP agrupa los bytes en segmentos que son transmitidos como los datagramas UDP. Esto se hace para minimizar el overhead provocado por las cabeceras de los segmentos (20 bytes como mínimo).
• El tamaño de cada segmento depende de:
  1. El MTU (Maximum Transfer Unit)^* de la red directamente conectada (en la que está el host). Si el tamaño del segmento es más grande que el MTU, el IP fragmentará los segmentos y si uno se pierde, el TCP tendría que retransmitir todo el segmento a nivel de transporte, no el sub-segmento (paquete) perdido a nivel de IP.
  2. El instante en que el emisor realiza un push del flujo (enviar ahora).
  3. Un tiempo máximo de espera.

• El formato del segmento TCP es:
  0        4      10        16                       31  
  +--------+-------+--------+-------------------------+  
  |        SrcPort          |         DstPort         |  
  +-------------------------+-------------------------+  
  |                 Seq(uence Number)                 |  
  +-------------------------+-------------------------+  
  |                  Ack(nowledgment)                 |  
  +--------+-------+--------+-------------------------+  
  | HdrLen |   0   | Flags  |   (Receiver) Window     |  
  +--------+-------+--------+-------------------------+  
  |         Checksum        |         UgrPtr          |  
  +-------------------------+-------------------------+  
  |                 Options (variable)                |  
  +-------------------------+-------------------------+  
  |                                                   |  
  |                       Data                        |  
  |                                                   |  
  +-------------------------+-------------------------+

• La pseudo-cabecera en TCP es idéntica a la del UDP, excepto en que el campo PROTO = 6.

15.3.2 EL proceso de desmultiplexación

• Está basada en conexiones (par de puntos extremos), no en puertos.
• El TCP diferencia a un proceso dentro de un host a partir del par de puntos extremos

  (punto extremo origen, punto extremo destino)

  donde un punto extremo está formado por un par

  (IP del host, número de puerto).

• Por tanto, dos procesos distintos en un mismo host que escuchan en un mismo puerto pueden estar conectados a dos procesos distintos en otro host si estos utilizan puertos de salida diferentes (ver el progama netstat de Unix).

15.3.3 Establecimiento de la conexión

Se utiliza el Algoritmo Three-Way Handshake:

• x e y, los números de secuencia inciales, suelen ser un números aleatorios. Motivos:
  1. Para minimizar la probabilidad de que un segmento de una conexión anterior ya terminada y que se encuentra viajando por la red sea tomado erróneamente por un segmento válido de una conexión posterior entre los mismos puntos extremos [13].
  2. Para evitar el ataque del “número de secuencia” [17] que consiste en que un cliente “ilegal” puede suplantar a un cliente “legal” averiguando los números de secuencia de los segmentos^† , usando su IP y su puerto de salida. Tras la suplantación el cliente “legal” podría acceder a datos restringidos o cerrar la conexión con el servidor.
• Los dos primeros segmentos son de control, ninguno puede transportar datos. El tercero sí puede transportar datos [14]. A partir del tiempo en línea azul, los procesos pueden emitir y recibir segmentos normales con datos.

15.3.4 El tamaño máximo de los segmentos

• Los extremos de una transmisión TCP necesitan conocer de antemano, a partir del establecimiento de la conexión, el tamaño máximo de los payloads (la parte con datos) de los segmentos transmitidos [13]. A este valor se le llama tamaño máximo de segmento o MSS (Maximum Segment Size).
• Dicho valor se establece en el campo Options y depende normalmente del MTU de la red asociada. Si el MSS más el tamaño de las correspondientes cabeceras es mayor que el MTU, el IP fragmentará el segmento. La pérdida (por parte del IP) de uno de los fragmentos significa que el TCP deberá reenviar todo el segmento.
• Por tanto, si el segmento es demasiado grande, la cantidad de datos retransmitidos por errores de transmisión aumenta y disminuye la tasa efectiva de transmisión.

15.3.5 Transmisión de datos urgentes

• Existen situaciones donde los datos deben entregarse a la aplicación receptora lo antes posible. TCP indica esto en sus segmentos activando el flag URG.
• El tratamiento de los segmentos urgentes se produce sólo entre las capas de transporte del emisor y del receptor. El IP es ajeno y trata por igual a los segmentos, independientemente de si el flag URG está activado.
• Cuando dicho flag está activado, UrgPtr indica hasta qué parte de los datos a partir del comienzo de los datos son de carácter urgente.
• Cuando llega un segmento con el flag UGR activado hasta el receptor, la parte urgente de éste es entregado al proceso receptor lo antes posible.

15.3.6 Cierre de la conexión

• Generalmente es el cliente el que cierra la conexión. Esto se hace con el Algoritmo Four-Way Handshake:

• El cliente, tras la emisión del segundo ACK espera típicamente 2 MSL^‡ (2 × 60 segundos en la mayoría de las implementaciones [21, 5]) que es intervalo de tiempo en el cual podría recibirse otro ACK+FIN del servidor si el ACK del ciente se perdiera y no llegara al servidor.

  Si esto último ocurriera, el servidor reenviaría el ACK+FIN y si este se retrasara lo suficiente, otra aplicación en el host cliente podría establecer una nueva conexión con la aplicación servidora, usando el mismo puerto de salida. Si a continuación llegara el ACK+FIN retrasado, dicha conexión se cerraría puesto que el cliente considera que el servidor desea cerrar la conexión [21].

15.3.7 El diagrama de estados

• Frecuentemente se representa mediante una máquina de estados finita donde los nodos representan estados y las transiciones se etiquetan mediante evento/acción.
• Los eventos puede estar provocados por la llegada de nuevos segmentos con información de control (SYN, FIN, etc.) o porque la aplicación local realiza una llamada al TCP (Apertura Pasiva, Cierre, etc.).
• No siempre que se produzca un evento necesariamente se genera una salida. En este caso sólo cambiamos de estado.
• En rojo aparecen las transisiones normalmente seguidas por el cliente y en verde las seguidas por el servidor.