CAPITULO II 

Protocolo de Control de Transmisión  (TCP)

Servicio de Transporte de Flujo Confiable

En las secciones anteriores hemos visto el servicio de entrega de paquetes sin conexión y no confiable, que forma la base para toda comunicación en InterNet, así como el protocolo IP que lo defina.

Ahora veremos el segundo servicio más importante y mejor conocido a nivel de red, la entrega de flujo confiable (Reliable Stream Transport), así como el Protocolo de Control de Transmisión (TCP) que lo define.

En el nivel más bajo, las redes de comunicación proporcionan una entrega de paquetes no confiable. Los paquetes se pueden perder o destruir debido a errores (falla el hardware, sobrecarga de la red,...). Las redes que rutean dinámicamente los paquetes pueden entregarlos en desorden, con retraso o duplicados. En el nivel más alto, los programas de aplicación a menudo necesitan enviar grandes volúmenes de datos de una computadora a otra. Utilizar un sistema de entrega de conexión y no confiable para transferencias de grandes volúmenes de información resulta ser la peor opción. Debido a esto, el TCP se ha vuelto un protocolo de propósito general para estos casos.

La interfaz entre los programas de aplicación y la entrega confiable (es, decir, las características del TCP) se caracterizan por cinco funciones :

·       Servicio Orientado a Conexión : El servicio de entrega de flujo en la máquina destino pasa al receptor exactamente la misma secuencia de bytes que le pasa el transmisor en la máquina origen.

·       Conexión de Circuito Virtual : Durante la transferencia, el software de protocolo en las dos máquinas continúa comunicándose para verificar que los datos se reciban correctamente. Si la comunicación no se logra por cualquier motivo (v.q. falla el hardware de red), ambas máquinas detectarán la falla y la reportarán a los programas apropiados de aplicación. Se utiliza el término circuito virtual para describir dichas conexiones porque aunque los programas de aplicación visualizan la conexión como un circuito dedicado de hardware, la confiabilidad que se proporciona depende del servicio de entrega de flujo.

·       Transferencia con Memoria Intermedia : Los programas de aplicación envían un flujo de datos a través del circuito virtual pasando repetidamente bytes de datos al software de protocolo. Cuando se transfieren datos, cada aplicación utiliza piezas del tamaño que encuentre adecuado, que pueden ser tan pequeñas como un byte. En el extremo receptor, el software de protocolo entrega bytes del flujo de datos en el mismo orden en que se enviaron, poniéndolos a disposición del programa de aplicación receptor tan pronto como se reciben y se verifican. El software de protocolo puede dividir el flujo en paquetes, independientemente de las piezas que transfiera el programa de aplicación. Para hacer eficiente la transferencia y minimizar el tráfico de red, las implantaciones por lo general recolectan datos suficientes de un flujo para llenar un datagrama razonablemente largo antes de enviarlo. Por lo tanto, inclusive si el programa de aplicación genera el flujo un byte a la vez, la transferencia a través de la red puede ser sumamente eficiente. De forma similar, si el programa de aplicación genera bloques de datos muy largos, el software de protocolo puede dividir cada bloque en partes más pequeñas para su transmisión. Para aplicaciones en las que los datos de deben entregar aunque no se llene una memoria intermedia, el servicio de flujo proporciona un mecanismo de empuje o push que las aplicaciones utilizan para forzar una transferencia. En el extremo transmisor, el push obliga al software de protocolo a transferir todos los datos generados sin tener que esperar a que se llene una memoria intermedia. Sin embargo, la función de push sólo garantiza que los datos se transferirán, por tanto, aún cuando la entrega es forzada, el software de protocolo puede dividir el flujo en formas inesperadas (v.q. el transmisor puede reducirlo en caso de congestión).

·       Flujo no estructurado : Posibilidad de enviar información de control junto a datos.

·       Conexión Full Duplex : Se permite la transferencia concurrente en ambas direcciones. Desde el punto de vista de un proceso de aplicación, una conexión full duplex permite la existencia de dos flujos independientes que se mueven en direcciones opuestas, sin ninguna interacción aparente. Esto ofrece una ventaja : el software subyacente de protocolo puede enviar datagramas de información de control de flujo al origen, llevando datos en la dirección opuesta. Este procedimiento de carga, transporte y descarga REDUCE EL TRAFICO en la red.

La “Contradicción”

Hemos visto que el servicio de entrega de flujo confiable garantiza la entrega de los datos enviados de una máquina a otra sin pérdida o duplicación. Surge ahora la pregunta contradictoria “del millón” : ¿ Cómo puede el software subyacente de protocolo proporcionar una transferencia confiable si el sistema subyacente de comunicación sólo ofrece una entrega NO confiable de paquetes ?.

La respuesta es complicada, pero la mayor parte de los protocolos confiables utilizan una técnica fundamental conocida como acuse de recibo positivo con retransmisión. La técnica requiere que un receptor se comunique con el origen y le envíe un mensaje de acuse de recibo (ACK) conforme recibe los datos (ver los primeros temas para una descripción más detallada). El transmisor guarda un registro de cada paquete que envía y espera un ACK antes de enviar el siguiente paquete. El transmisor también arranca un temporizador cuando envía un paquete y lo retransmite si dicho temporizador expira antes de que llegue un ACK.

El problema final de la confiabilidad surge cuando un sistema subyacente de entrega de paquetes los duplica. Los duplicados también pueden surgir cuando las redes tienen grandes retrasos que provocan la retransmisión prematura. Para evitar la confusión causada por ACKs retrasados o duplicados, los protocolos de acuses de recibo positivos envían los números de secuencia dentro de los ACKs, para que el receptor pueda asociar correctamente los acuses de recibo con los paquetes.

Pero, como casi todo en esta vida es un problema tras otro, el TCP no iba a ser menos ; uno de los problemas que acarrea lo anterior es que un protocolo simple de acuses de recibo positivos ocupa una cantidad sustancial de ancho de banda de red debido a que debe retrasar el envío de un nuevo paquete hasta que reciba un ACK del paquete anterior.

La solución está en otra técnica conocida como ventana deslizante, que es una forma más compleja de acuse de recibo positivo y retransmisión. Los protocolos de ventana deslizante utilizan el ancho de banda de red de mejor forma al permitir que el transmisor envíe varios paquetes sin esperar el ACK (remitirse a capítulos anteriores para una descripción de éste método).

Puertos, conexiones y puntos extremos.

Al igual que el UDP, el TCP reside sobre el IP en el esquema de estratificación por capas de protocolos. El TCP permite que varios programas de aplicación en una máquina se comuniquen de manera concurrente y realiza el demultiplexado del tráfico TCP entrante entre los programas de aplicación. Así mismo, al igual que el UDP, el TCP utiliza números de puerto de protocolo para identificar el destino final dentro de una máquina. Cada puerto tiene asignado un número entero pequeño utilizado para identificarlo.

Para comprender el significado de un puerto hay que pensar de cada puerto como en una cola de salida en la que el software de protocolo coloca los datagramas entrantes, aunque en realidad los puertos TCP son más complejos, ya que un número de puerto no corresponde a un sólo objeto. El TCP utiliza la conexión, no el puerto de protocolo, como su abstracción fundamental ; las conexiones se identifican por medio de un par de puntos extremos.

¿Qué es exactamente un punto extremo en TCP ? 

Un punto extremo es un par de números enteros (host, puerto), en donde host es la dirección IP de un anfitrión y puerto es el un puerto TCP en dicho anfitrión.

Las conexiones vienen definidas por dos puntos extremos, y es más : la abstracción de la conexión para TCP permite que varias conexiones compartan un punto extremo (por ejemplo, varias conexiones en los mismos puertos). Esto es posible a que el TCP identifica una conexión por medio de un par de puntos extremos, y por eso varias conexiones en la misma máquina pueden compartir un número de puerto TCP.

El TCP combina la asignación dinámica y estática de puertos mediante un conjunto de asignación de puertos bien conocidos para programas llamados  con frecuencia, pero la salida de la mayor parte de los números disponibles para el sistema se asigna conforme los programas lo necesitan.

La siguiente tabla muestra  un ejemplo de números de puerto TCP asignados actualmente.

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