第1回 ネットワークとは

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1 1 第 8 回 UDP TCP 計算機ネットワーク

2 2 L4 トランスポート層 PDU: Protocol Data Unit L4 セグメント L4 ヘッダ データ セグメントデータ最大長 =MSS maximum segment size L3 パケット IP ヘッダ TCP ヘッダ IP データ L2 フレーム イーサヘッダ IP ヘッダ TCP ヘッダ イーサネットデータ イーサトレイラ フレームデータ 最大長 =MTU=1500 Byte maximum transfer unit

3 3 トランスポート層 エンドツーエンドのデータ送受信 送信元端末 宛先端末 アプリケーションプログラム間 通信の多重化 IP では提供されない機能 信頼性, 到達順序, フロー制御

4 4 トランスポート層 UDP / User Datagram Protocol コネクションレス型 TCP / Transmission Control Protocol コネクション型 データの信頼性

5 5 配送の多重化 ホスト上のプロセスを識別する情報 ポート プロセス A ポート ポート プロセス A プロセス B ポート IP アドレス IP アドレス ポート プロセス B プロセス C ポート ポート プロセス C IP アドレス + ポート番号 : 通信相手のプロセスを指定 ( ソケット )

6 6 ポート番号 (port) 16 ビット 0 ~ Well Known Port 0 ~ 1023 Privileged( 特権ポ ート ) Registered Port 1024 ~ ( ) 登録済み Dynamic and/or Private Port (Ephemeral) ~ 自由に使用可能 IANA( /etc/services 古い BSD => 0~255 特権,256~1023 登録,1024~4999 短命 5001~65535 Windows => 0~1023 特権 1025~4999 短命

7 7 ソケット通信 バークレイソケット BSD UNIX IP アドレス + ポートのペア ソケットの管理 割り当て OS Bind ソケット状態 LISTEN ESTABLISHED 意味 接続待ち状態 接続中 bind listen accept Firefox connect httpd プロセスA Webサーバ プロセスB プロセスC メールサーバ sendmail Thunderbird close close

8 8 代表的なポート番号 ポート トランスポート層プロトコル 20,21 TCP FTP 22 TCP SSH アプリケーション 23 TCP TELNET 25 TCP SMTP 53 UDP, TCP DNS 67,68 UDP DHCP 80 TCP HTTP 110 TCP POP 123 UDP NTP 443 TCP HTTPS /etc/services ( Windows system32 drivers etc)

9 9 UDP データグラム RFC 768 送信元ポート 16bit 宛先ポート 16bit UDP データグラム長 16bit チェックサム 16bit Protocol 番号 17 DHCP, TFTP, SNMP, NFS, DNS

10 10 UDP User Datagram Protocol コネクションレス型 信頼性 エラーチェック オーバーヘッド 少 プロトコル自体の処理時間 リアルタイム性

11 11 RFC 793 TCP セグメント

12 12 TCP Transmission Control Protocol コネクション型 エンドツーエンドのコネクション確立 確認応答 再送 データの信頼性 データ順序の保証 フロー制御

13 13 RFC 793 TCP セグメント 送信元ポート シーケンス番号 (32) 宛先ポート 確認応答番号 (32) ヘッダ長 (4) 4 オクテット単位 ウィンドウサイズ フラグ (6) チェック オプション 4 オクテット毎

14 14 コードビット URG: 緊急 ACK: 応答確認 PSH: Push データプッシュ要求 RST: Reset 接続強制切断 Syn: 接続開始要求 FIN: 接続終了要求

15 15 3 Way Handshake コネクション開始 Syn, Syn+Ack, Ack Seq はそれぞれ独立でインクリメント Ack は次に要求するSeqの値 送信 受信側のソケットのペア コネクションを特定

16 スリーウェイハンドシェイク 16 送信側 SYN SENT ESTABLISHED SYN SYN + ACK ACK 受信側 SYN RCVD ESTABLISHED FIN WAIT 1 FIN WAIT 2 TIME WAIT CLOSED FIN ACK FIN ACK CLOSE WAIT LAST ACK CLOSED

17 肯定確認応答 ACK 17 seq : シーケンス番号データの順番 ( オクテット ) ack: 次に送信して欲しいシーケンス番号 送信側 seq5000, ack1500 data 1000 seq1500, ack6000 data 100 seq6000, ack1600, data 1000 seq1600, ack7000, data 100 受信側

18 肯定確認応答 ACK 18 seq : シーケンス番号データの順番 ( オクテット ) ack: 次に送信して欲しいシーケンス番号 送信側 seq5000, data 1000 受信側 ack6000 seq6000, data 1000 ack7000 seq7000, data 1000 seq7000, data 1000

19 19 ウィンドウ制御 ウィンドウサイズ 受信側 受信可能オクテット数を送信側へ 送信側 ウィンドウサイズ分だけ送信 そのあと ACK を待つ MSS, MTU, RWIN スロースタート ( 輻輳制御 ) スライディングウィンドウ ( 受信側フロー制御 )

20 20 ウィンドウ制御 MSS, MTU, RWIN MSS: 最大セグメントサイズ パケット長 ( フレーム長 ) MTU で決まる RWIN 受信可能ウィンドウサイズ 輻輳制御 フロー制御 スロースタート スライディングウィンドウ

21 TCP ウインドウ ( 受信バッファ,RWIN) 送信側 data S seq5000, ack1, size 1000 S seq1, ack6000, win 3000 S seq6000, ack2, size1000 S seq7000, ack2, size1000 S seq8000, ack2, size1000 S seq1, ack7000, win 3000 S seq1, ack8000, win 3000 S seq1, ack9000, win 3000 受信側 TCP window 3000 data

22 TCP ウインドウ 送信側 data 累積確認応答による高速化 S seq5000, ack1, size 1000 S seq1, ack6000, win 3000 S seq6000, ack2, size1000 S seq7000, ack2, size1000 S seq8000, ack2, size1000 受信側 TCP window 3000 data S seq1, ack9000, win 3000

23 スライディングウインドウ 送信側 data フロー制御 S seq5000, ack1, size 1000 S seq1, ack6000, win 3000 S seq6000, ack2, size1000 S seq7000, ack2, size1000 S seq8000, ack2, size1000 S seq1, ack9000, win 1000 受信側 TCP window 3000 data S seq9000, ack2, size1000 S seq1, ack10000, win 2000

24 # tcpdump -ns tcp port 80 tcpdump: verbose output suppressed, use -v or -vv for full protocol decode listening on em0, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 96 bytes 12:17: IP > : S : (0) win <mss 1460,nop,wscale 3,sackOK,timestamp 12:17: IP > : S : (0) ack win <mss 1430,sackOK,timesta 12:17: IP > :. ack win 8330 <nop,nop,timestamp > 12:17: IP > : P : (189) ack win 8330 <nop,nop,timestamp :17: IP > :. ack win 239 <nop,nop,timestamp > 12:17: IP > : : (1418) ack win 239 <nop,nop,timestamp :17: IP > : : (1418) ack win 239 <nop,nop,timestamp :17: IP > :. ack win 7976 <nop,nop,timestamp > 12:17: IP > : : (1418) ack win 239 <nop,nop,timestamp :17: IP > : P : (581) ack win 239 <nop,nop,timestamp :17: IP > :. ack win 8080 <nop,nop,timestamp > 12:17: IP > : : (1418) ack win 239 <nop,nop,timestamp :17: IP > : : (1418) ack win 239 <nop,nop,timestamp :17: IP > :. ack win 7976 <nop,nop,timestamp > 12:17: IP > : P : (1260) ack win 239 <nop,nop,timestamp :17: IP > : : (1418) ack win 239 <nop,nop,timestamp :17: IP > :. ack win 7641 <nop,nop,timestamp > 12:17: IP > : : (1418) ack win 239 <nop,nop,timestamp :17: IP > : FP : (954) ack win 239 <nop,nop,timestamp :17: IP > :. ack win 7345 <nop,nop,timestamp > 12:17: IP > :. ack win 8330 <nop,nop,timestamp > 12:17: IP > : F : (0) ack win 8330 <nop,nop,timestamp :17: IP > :. ack win 239 <nop,nop,timestamp > Sequence 番号とサイズ パケット観察 TCP flag tcpdump CUI ソフトウェア 肯定確認応答番号 TCP 接続

25 25 パケットアナライザ (packet analyzer) スニファ (sniffer) Wireshark Pcap ライブラリ ( tcpdump のライブラリ )

26 26 TCP 状態遷移 受動的 OPEN CLOSED 能動的 OPEN TCB 生成と SYN 送信 TCB 生成 TCB 削除 Established LISTEN SYN 受信 SYN,ACK 送信 CLOSE LISTEN SEND TCB 削除 SYN SENT SYN 送信 CLOSE SYN RCVD SYN RCVD ACK 送信 SYN 受信 SYN SENT FIN_WAIT-1 FIN_WAIT-2 TIME_WAIT CLOSE SYN の ACK 受信 FIN 送信 CLOSE ESTAB FIN 受信 ACK 送信 SYN,ACK 受信 CLOSE_WAIT FIN 送信 ACK 送信 FIN WAIT-1 FIN の ACK 受信 FIN 受信 ACK 送信 CLOSE WAIT CLOSE FIN WAIT-2 FIN 受信 CLOSING FIN の ACK 受信 FIN 送信 LAST-ACK ACK 送信 TIME WAIT FIN の ACK 受信 Timeout=2MSL TCB 削除 CLOSED

27 27 ソケットの状態確認 netstat an ポートの状態 (Listen, Established, etc.) コネクションのソケットペア sockstat (BSD 系 UNIX) netstat ano (Windows) netstat anp (Linux) ソケットを使うプロセス C: Users sshin>netstat -an アクティブな接続 プロトコルローカルアドレス 外部アドレス 状態 TCP : :0 LISTENING TCP : :0 LISTENING TCP : :0 LISTENING TCP : :3305 ESTABLISHED TCP : :51431 TIME_WAIT TCP : :445 CLOSE_WAIT TCP : :445 ESTABLISHED TCP : :22 ESTABLISHED TCP : :55550 ESTABLISHED TCP : :80 CLOSE_WAIT TCP : :443 CLOSE_WAIT

28 28 Microsoft Windows [Version ] Copyright (c) 2009 Microsoft Corporation. All rights reserved. C: Users admin>netstat -ano アクティブな接続 プロトコルローカルアドレス 外部アドレス 状態 PID TCP : :0 LISTENING 3692 TCP : :0 LISTENING 132 TCP : :443 CLOSE_WAIT 4240 TCP : :443 CLOSE_WAIT 4240 TCP : :443 CLOSE_WAIT 4240 TCP : :3128 ESTABLISHED 5728 TCP : :80 ESTABLISHED 5364 TCP : :80 ESTABLISHED 5364 TCP : :443 ESTABLISHED 5364 Proto Recv-Q Send-Q Local Address Foreign Address (state) TCP [::]:49159 [::]:0 LISTENING 1828 tcp ESTABLISHED TCP [::]:49160 [::]:0 LISTENING 788 tcp ESTABLISHED UDP :443 *:* 3692 tcp ESTABLISHED tcp ESTABLISHED tcp *.* LISTEN tcp *.* LISTEN tcp *.* LISTEN tcp ESTABLISHED tcp ESTABLISHED tcp *.* LISTEN tcp6 0 0 :: *.* LISTEN tcp ESTABLISHED tcp *.* LISTEN tcp ESTABLISHED tcp4 0 0 *.25 *.* LISTEN tcp4 0 0 *.22 *.* LISTEN tcp4 0 0 *.* *.* CLOSED tcp *.80 *.* LISTEN udp4 0 0 *.518 *.* udp4 0 0 *.512 *.*

29 29 まとめ トランスポート層 ソケット ポート番号 UDP TCP 3Way Handshake コネクション型 Sequence & Acknowledge Number Sliding Window フロー制御 確認 & 再送要求, セグメント順序整列

2.5 トランスポート層 147

2.5 トランスポート層 147 2.5 トランスポート層 147 TCP と UDP TCP (Transmission Control Protocol) コネクション型 ギャランティード マルチキャスト ブロードキャスト不可 UDP (User Datagram Protocol) コネクションレス ベストエフォート マルチキャスト ブロードキャスト可 cf. IP (Internet Protocol) コネクションレス ベストエフォート

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