６章まとめ

６章まとめ ４４０６０１１　岩瀬彰宏

６．１　トランスポート層の役割

トランスポート層とは・・・ • 次にどのアプリケーションにパケットを渡せばよいか識別する • 通信をする「プログラム」を指定する役割　　この役割を実現する手法　　　－ポート番号という識別子

宛先の判断

通信の処理（１） クライアントがサーバにサービスなどを要求サーバーが要求を処理してサービスを提供この際に、サ－バープログラムが起動されている必要がある

通信の処理（２） • サーバープログラム・UNIX・・・デーモン（Demon） HTTPでは、httpd（HTTPデーモン） TELNETでは、telnetd（テルネットデーモン） • さらに、この代表として、inetdというスーパーデーモンも存在

通信の処理（３） • 要求がどのパケットに向けられたものかは宛先ポート番号で識別 ex）TCPの接続要求パケット受信　　　ポート番号が２３番　　　telnetd ８０番　　　ｈｔｔｐｄ • ＴＣＰ、ＵＤＰのトランスポートプロトコルは、受信したデータの宛先をポート番号で特定

ＨＴＴＰの接続要求

TCPとUＤP（１） • 代表的なトランスポートプロトコルには、　「TCP」と「UＤP」が存在 TCPはTransmission Control Protocol UDPはUser DatagramProtocol 　の略

TCPとUＤP（２） • TCP 　－コネクション志向で、信頼性のあるストリーム（切れ目がないデータ構造）型プロトコル－送信した順に相手にデータが届く　　だが、データの切れ目が不明

TCPとUＤP（３） • TCPでは、信頼性の提供　　・順序制御　　・再送制御　　・フロー制御（流量制御）　　・ふくそう回避制御　このほかに、ネットワークの利用効率を向　上させる仕組みなど、多機能

TCPとUＤP（４） • ＵＤＰ　－信頼性のないデータ型プロトコル　－細かい処理は上位層のアプリケーションが決定　－データの大きさは保たれるが、パケットが到達　　する保障はない　　　　　　　再送処理が必要な場合もある

ソケット（１） • TCPやUDPを利用する時に使われるAPI（Application Programming Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）の名称。 • アプリケーションはソケットを利用して、通信相手のIPアドレスやポート番号を設定したり、データの送受信の要求をする。

ソケット（２）

TCPとUDPの使い分け • トランスポート層で信頼性のある通信を実現する必要がある場合にはTCP • 同報通信、高速性やリアルタイム性重視の通信にはUDP

6.2　ポート番号

ポート番号とは • トランスポートプロトコルにおけるアドレス • 同一コンピュータ内で通信を行っている複数のプログラムを識別する

ポート番号によるアプリケーションの識別 • トランスポートプロトコルは、ポート番号を使って、通信しているプログラムを識別するホストA １７２．２３．１２．１４宛先１７２．２３．１２．１４データ　　＆　IP

ＩＰアドレスとポート番号とプロトコル番号による通信の識別ＩＰアドレスとポート番号とプロトコル番号による通信の識別 • 宛先ＩＰアドレス、送信元ＩＰアドレス、宛先ポート番号、送信元ポート番号、プロトコル番号の５つの数字を組み合わせて通信を識別

ポート番号の決め方 • 静的な割り当て方法アプリケーションごとに、ポート番号を固定的に割り当てる方法。（ウェルノウンポート番号） • 動的な割り当て方法サービスを受ける側のアプリケーションが、自分のポート番号を決定せずに、OSが割り当てる方法。

ポート番号とプロトコル • ポート番号は使用されるトランスポートプロトコルごとに決定。 ex)TCPとUDPで同じポート番号を使用可能 • データがIP層に到着すると、IPヘッダ中のプロトコル番号がチェックされ、それぞれのプロトコルのルーチンに渡される。 • ウェルノウンポート番号はプロトコルに関係なく同じ番号は同じアプリケーションに割り当てられる。

6.3.1 ＵＤＰの目的と特徴 • ネットワークが混雑していたとしても、送信量を制御しない。 • パケットが失われても、再送制御はしない。 • これらの制御が必要なら、ＵＤＰを利用するアプリケーションプログラムが制御しなければならない。

ＵＤＰの用途 • 総パケット数が少ない通信 • 動画や音声などのマルチメディア通信 • ＬＡＮなどの特定のネットワークに限定したアプリケーションの通信 • 同報性が必要な通信（ブロードキャスト、マルチキャスト）

ＴＣＰ

TCPの目的と特徴 • 伝送、送信、通信を制御するプロトコル。 • 送信時の制御機能が充実。 • ＩＰというコネクションレス型のネットワーク上で高い信頼性。

シーケンス番号と確認応答 • 受信ホストが送信ホストに到達したことを知らせる。 • 無事に届いたときのみ応答。 A B 時間データ1~1000 × 喪失一定時間データ1~1000 確認応答（次は1001~）

再送タイムアウト時間の決定 • 再送せずに確認応答を待つ時間のこと。 • パケットを送信するためにラウンドリップ時間とその揺らぎを計測し順応。 • ＵＮＩＸやWindowsは０．５秒単位で制御。揺らぎが大きい場合時間再送タイムアウト時間 RTT

コネクション管理 • ＴＣＰはコネクション指向の通信を提供。 • ヘッダの制御用のフィールドを使用。

セグメント単位でデータを送信 • コネクション確立時にデータ単位を決定。 • この最大データ長でデータが区切られて送信される。

ウィンドウ制御で速度向上 • １セグメントではなく大きな単位で。

6.4.8-11TCP（ＴＲＡＮＳＭＩＳＳＩＯＮ　ＣＯＮＴＲＯＬ　ＰＲＩＴＩＣＯＬ）6.4.8-11TCP（ＴＲＡＮＳＭＩＳＳＩＯＮ　ＣＯＮＴＲＯＬ　ＰＲＩＴＩＣＯＬ）

６.４.８フロー制御（流動制御） 時間 • 受信ホストが送信ホストに対して受信可能なデータサイズ（ウィンドウサイズ）を通知するようにする。 • 受信側のバッファが溢れそうになるとウィンドウの値を小さくして送信ホストの送信量を抑制する。このような処理をフロー制御という。データ確認応答　　　ウィンドウ　１～１０００次は１００１　　　３０００　１００１～２０００２００１～３０００次は２００１　　　２０００３００１～４０００次は３００１　　　１０００次は４００１　　　　　　０ウィンドウロープを定期的に送信するバッファが満杯の状態ウィンドウロープ次は４００１　　　　　　０４００１～５０００次は４００１　　　３０００５００１～６０００ウィンドウ更新通知ウィンドウ更新通知が途切れ、通信不能になるのを避けるためウィンドロープと呼ばれる小さなデータを送信する。フロー制御の図

6.4.9 ふくそう制御(ネットワークの混雑解消) ふくそうウィンドウ＊ネットワークに、通信開始時から大量のパケットを送信するとネットワークがパンクする可能性があるデータ確認応答１０００１～１０００次は１００１２０００１００１～２０００２０００２００１～３０００次は２００１次は３００１３０００３００１～４０００＊その危険性をなくすため、スロースタートと呼ばれるアルゴリズムに従い送信する４０００４００１～５０００次は４００１４０００５００１～６０００次は５００１４０００６００１～７０００次は６００１次は７００１スロースタートの図

TCPのウィンドウの変化 ふくそうウィンドウの大きさタイムアウトタイムアウトふくそうウィンドウ • パケットが往復するたびに、ふくそうウィンドウが1・2・4と指数関数的に急激に大きくなってしまうのを防ぐために、スロースタート閾値を用意する重複確認応答半分半分 3セグメント時間スロースタート閾値指数関数的にウィンドウが増加

6.4.10　ネットワークの利用効率を高める仕組み（１）6.4.10　ネットワークの利用効率を高める仕組み（１） • Nagleアルゴリズム送信すべきデータがあっても、そのデータが少ない場合には送信を遅らせる処理・全ての送信済みデータが確認応答されている場合・最大セグメント長（MSS）のデータを送信できる場合以上の状態に当てはまる場合にTCPはデータを送信する

6.4.10　ネットワークの利用効率を高める仕組み（２）6.4.10　ネットワークの利用効率を高める仕組み（２） • 遅延確認応答データを受信してもすぐに確認応答を行わないで遅らせる方法・２×最大セグメント長のデータを受信するまで確認応答をしない・そうでない場合は確認応答を最大で0.5秒遅延させる

6.4.10　ネットワークの利用効率を高める仕組み（３）6.4.10　ネットワークの利用効率を高める仕組み（３） • ピギーバック確認応答と返事のデータパケットを1つのパケットで送り、送受信するパケット数を減らすことができるアプリケーションがデータを処理して返事のデータを送信するまで確認応答が遅延されなければピギーバックは起こらない

6.4.11 TCPを利用するアプリケーション ・　　TCPの複雑な制御は時と場合により使い分けることが必要・　　アプリケーションが細かい制御をしたほうがよい場合は、UDPを用いたほうがよい・　データの転送量が比較的に多く，信頼性が必要としているが、難しいことを考えたくない場合にはTCPを用いるのがよい

6.5.その他のトランスポートプロトコル

6.5.1.UDP-Lite (Lightweight User Datagram Protocol) ＵＤＰではチェックサムエラーが発生すると、パケット全体が廃棄される • 映像や音声のデータフォーマットアプリケーションの性能を低下させてしまう。 • ＵＤＰでチェックサムを外すと、ＵＤＰヘッダ中のポート番号が壊れたパケットや、ＩＰヘッダ中のＩＰアドレスが壊れたパケットを受信してしまう恐れがある。

それらの問題を解決するため、UDP-Liteでは・・・それらの問題を解決するため、UDP-Liteでは・・・ UDP-Liteでは、チェックサムを計算する範囲をアプリケーションで決めることができる。 • パケット全体、ヘッダ、疑似ファイル、データの先頭から途中まで、などの範囲が指定可能。 • エラーの発生してはいけない部分に関してのみ、チェックサムで検査することができる。

6.5.2.SCTP (Stream Contorol Transmission Protocol) ＴＣＰと同様。特徴は • メッセージ単位の送受信 • マルチホーミングに対応 • 複数のストリームの通信 • メッセージの生存時間を定義できる

6.5.3.DCCP (Datagram Congestion Control Protocol) • ＵＤＰと同様に、データの到達性に関する信頼性はない。 • コネクション指向で、コネクションの確立と切断処理がある。コネクションの確立と切断の処理には信頼性がある。 • ネットワークの混雑に合わせた輻輳制御を行うことができる。ＤＣＣＰを利用するアプリケーションの特性により、「ＴＣＰライクな輻輳制御」と「ＴＣＰフレンドリーなレート制御」のどちらかの方法を選択できる。 • 輻輳制御を行うため、パケットを受信した側は確認応答（ＡＣＫ）を返す。この確認応答を使って再送をすることも可能。

6.6.UDPヘッダのフォーマット

６．６UDPヘッダのフォーマット １６bit １６bit 送信ポート番号 SourcePort 宛先ポート番号 Destination Port UDP ヘッダチェックサム Checksum パケット長 Length データ data

送信元ポート番号（SOURCE PORT） • 16ビット長のフィールドで、ポート番号を示す。 • 指定しないことも可能（返事を必要としない通信で利用）。

宛先ポート番号（ DESTINATION PORT ） • 16ビット長のフィールドで、宛先のポート番号を示す。

パケット長（ LENGTH ） • UDPヘッダの長さとデータの長さの和が格納される。 • 単位はオクテット長。

チェックサム • UDPのヘッダとデータに信頼性を提供するためのもの。

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