第8回 UDP・TCP

計算機ネットワーク

1

イーサネットデータ

Ｌ４ トランスポート層

2

データ L4

ヘッダ

IPデータ TCP ヘッダ

IP

ヘッダ

イーサ ヘッダ

IP

ヘッダ TCP

ヘッダ

フレームデータ 最大長=MTU=1500 Byte maximum transfer unit

L4 セグメント

L3 パケット

L2 フレーム イーサ トレイラ

セグメントデータ 最大長=MSS maximum segment size

PDU: Protocol Data Unit

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

3

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

4

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

IPアドレス

ポート

ポート

ポート

プロセスA

プロセスB

プロセスC

IPアドレス

ポート

ポート

ポート

プロセスA

プロセスB

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）

5

ポート番号 (port) 16ビット → 0 ～ 65535

Well Known Port 0 ～ 1023 Privileged（特権ポ

ート）

Registered Port 1024 ～ 49151 (1011111111111111)

登録済み

Dynamic and/or

Private Port

(Ephemeral)

49152 ～ 65535 自由に使用可能

IANA(http://www.iana.org/assignments/port-numbers)

/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

6

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

プロセスA

プロセスB

プロセスC

49160

49161

49162

Webサーバ 80

メールサーバ 25

7

200.0.0.1 160.2.4.21

Firefox

Thunderbird

sendmail

httpd

ソケットの管理・割り当て OS

ソケット状態 LISTEN ESTABLISHED

意味 接続待ち状態 接続中

Bind

bind→listen→accept connect

close close

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

アプリケーション

20,21 TCP FTP

22 TCP SSH

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

8

(¥Windows¥system32¥drivers¥etc)

UDP データグラム

RFC 768

9

チェックサム UDPデータグラム長

宛先ポート 送信元ポート

16bit 16bit

16bit 16bit

Protocol 番号17 DHCP, TFTP, SNMP, NFS, DNS

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

10

TCPセグメント

RFC 793

11

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

12

TCPセグメント

RFC 793

13

送信元ポート 宛先ポート

シーケンス 番号(32)

確認応答番号(32)

ウィンドウ サイズ

チェック

オプション 4オクテット毎

フラグ(6)

ヘッダ長(4) 4オクテット単位

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

14

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

15

SYN

SYN + ACK

ACK

SYN SENT

SYN RCVD

ESTABLISHED

ESTABLISHED

FIN

ACK

FIN

ACK

CLOSE WAIT

LAST ACK

FIN WAIT 1

FIN WAIT 2

TIME WAIT

CLOSED CLOSED

16

スリーウェイハンドシェイク

送信側 受信側

seq5000, ack1500

data 1000

seq1500, ack6000

data 100

seq6000, ack1600, data 1000

seq1600, ack7000, data 100

肯定確認応答ACK

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

17

送信側 受信側

seq5000, data 1000

ack6000

seq6000, data 1000

ack7000

肯定確認応答ACK

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

18

seq7000, data 1000

seq7000, data 1000

×

送信側 受信側

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）

19

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

20

S seq5000, ack1, size 1000

TCPウインドウ (受信バッファ，RWIN)

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

data

5000

6000

data

TCP

window

3000

5000

6000

21

送信側 受信側

S seq5000, ack1, size 1000

TCPウインドウ

S seq1, ack6000, win 3000

S seq6000, ack2, size1000

S seq7000, ack2, size1000

S seq8000, ack2, size1000

S seq1, ack9000, win 3000

data

5000

6000

data

TCP

window

3000

5000

6000

22

累積確認応答による高速化 送信側 受信側

S seq5000, ack1, size 1000

スライディングウインドウ

S seq1, ack6000, win 3000

S seq6000, ack2, size1000

S seq7000, ack2, size1000

S seq8000, ack2, size1000

S seq1, ack9000, win 1000 data

5000

6000

data

TCP

window

3000

5000

6000

23

S seq9000, ack2, size1000

S seq1, ack10000, win 2000

フロー制御 送信側 受信側

# 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 12:17:08.835868 IP 172.21.39.138.56672 > 173.194.38.120.80: S 2339783770:2339783770(0) win 65535 12:17:08.852417 IP 173.194.38.120.80 > 172.21.39.138.56672: S 3477156539:3477156539(0) ack 2339783771 win 14180 12:17:08.852424 IP 172.21.39.138.56672 > 173.194.38.120.80: . ack 3477156540 win 8330 12:17:08.852468 IP 172.21.39.138.56672 > 173.194.38.120.80: P 2339783771:2339783960(189) ack 3477156540 win 8330 12:17:08.868783 IP 173.194.38.120.80 > 172.21.39.138.56672: . ack 2339783960 win 239 12:17:08.912884 IP 173.194.38.120.80 > 172.21.39.138.56672: . 3477156540:3477157958(1418) ack 2339783960 win 239 12:17:08.912889 IP 173.194.38.120.80 > 172.21.39.138.56672: . 3477157958:3477159376(1418) ack 2339783960 win 239 12:17:08.912893 IP 172.21.39.138.56672 > 173.194.38.120.80: . ack 3477159376 win 7976 12:17:08.912895 IP 173.194.38.120.80 > 172.21.39.138.56672: . 3477159376:3477160794(1418) ack 2339783960 win 239 12:17:08.912899 IP 173.194.38.120.80 > 172.21.39.138.56672: P 3477160794:3477161375(581) ack 2339783960 win 239 12:17:08.912902 IP 172.21.39.138.56672 > 173.194.38.120.80: . ack 3477161375 win 8080 12:17:08.913015 IP 173.194.38.120.80 > 172.21.39.138.56672: . 3477161375:3477162793(1418) ack 2339783960 win 239 12:17:08.913018 IP 173.194.38.120.80 > 172.21.39.138.56672: . 3477162793:3477164211(1418) ack 2339783960 win 239 12:17:08.913022 IP 172.21.39.138.56672 > 173.194.38.120.80: . ack 3477164211 win 7976 12:17:08.913024 IP 173.194.38.120.80 > 172.21.39.138.56672: P 3477164211:3477165471(1260) ack 2339783960 win 239 12:17:08.913026 IP 173.194.38.120.80 > 172.21.39.138.56672: . 3477165471:3477166889(1418) ack 2339783960 win 239 12:17:08.913030 IP 172.21.39.138.56672 > 173.194.38.120.80: . ack 3477166889 win 7641 12:17:08.913032 IP 173.194.38.120.80 > 172.21.39.138.56672: . 3477166889:3477168307(1418) ack 2339783960 win 239 12:17:08.913034 IP 173.194.38.120.80 > 172.21.39.138.56672: FP 3477168307:3477169261(954) ack 2339783960 win 239 12:17:08.913038 IP 172.21.39.138.56672 > 173.194.38.120.80: . ack 3477169262 win 7345 12:17:08.913127 IP 172.21.39.138.56672 > 173.194.38.120.80: . ack 3477169262 win 8330 12:17:08.914129 IP 172.21.39.138.56672 > 173.194.38.120.80: F 2339783960:2339783960(0) ack 3477169262 win 8330 12:17:08.930248 IP 173.194.38.120.80 > 172.21.39.138.56672: . ack 2339783961 win 239

24

172.21.39.138 173.194.38.120

56672 80 TCP 接続

パケット観察 tcpdump CUI ソフトウェア

TCP flag Sequence 番号 とサイズ

肯定確認応答番号

パケットアナライザ

25

スニファ(sniffer)

(packet analyzer)

Wireshark Pcap ライブラリ (← tcpdump のライブラリ)

TCP状態遷移

。

CLOSED

LISTEN

ESTAB

SYN SENTSYN RCVD

TCB削除

TCB削除

TCB生成とSYN送信

能動的OPEN

CLOSE

CLOSE

TCB生成

受動的OPEN

ACK送信 SYN受信

SYN,ACK送信

SYN送信

SYN受信

SEND

ACK送信

SYN,ACK受信SYNのACK受信

FIN WAIT-1 CLOSE WAIT

FIN送信

FIN送信 ACK送信

CLOSE

CLOSE FIN受信

CLOSING

LAST-ACK

FIN WAIT-2

TIME WAIT

CLOSED

FINのACK受信

FIN受信CLOSE

FIN送信

ACK送信

TCB削除

FIN受信

FINのACK受信

Timeout=2MSL

FINのACK受信

ACK送信

CLOSED

LISTEN

ESTAB

SYN SENTSYN RCVD

TCB削除

TCB削除

TCB生成とSYN送信

能動的OPEN

CLOSE

CLOSE

TCB生成

受動的OPEN

ACK送信 SYN受信

SYN,ACK送信

SYN送信

SYN受信

SEND

ACK送信

SYN,ACK受信SYNのACK受信

FIN WAIT-1 CLOSE WAIT

FIN送信

FIN送信 ACK送信

CLOSE

CLOSE FIN受信

CLOSING

LAST-ACK

FIN WAIT-2

TIME WAIT

CLOSED

FINのACK受信

FIN受信CLOSE

FIN送信

ACK送信

TCB削除

FIN受信

FINのACK受信

Timeout=2MSL

FINのACK受信

ACK送信

Established

LISTEN

SYN SENT

SYN RCVD

FIN_WAIT-1

FIN_WAIT-2

TIME_WAIT

CLOSE_WAIT

26

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 0.0.0.0:135 0.0.0.0:0 LISTENING

TCP 0.0.0.0:445 0.0.0.0:0 LISTENING

TCP 192.168.1.44:139 0.0.0.0:0 LISTENING

TCP 192.168.1.44:3389 192.168.1.35:3305 ESTABLISHED

TCP 192.168.1.44:8969 192.168.1.11:51431 TIME_WAIT

TCP 192.168.1.44:51167 192.168.1.101:445 CLOSE_WAIT

TCP 192.168.1.44:52439 192.168.1.101:445 ESTABLISHED

TCP 192.168.1.44:53578 192.168.1.100:22 ESTABLISHED

TCP 192.168.1.44:53735 192.168.1.100:55550 ESTABLISHED

TCP 192.168.1.44:60081 125.56.208.10:80 CLOSE_WAIT

TCP 192.168.1.44:60124 69.192.227.51:443 CLOSE_WAIT

27

28

Proto Recv-Q Send-Q Local Address Foreign Address (state)

tcp4 0 48 192.168.1.100.22 222.229.72.5.12545 ESTABLISHED

tcp4 0 55 192.168.1.101.3392 192.168.1.35.1038 ESTABLISHED

tcp4 0 0 192.168.1.100.139 192.168.1.35.1026 ESTABLISHED

tcp4 0 0 192.168.1.101.445 192.168.1.44.58489 ESTABLISHED

tcp4 0 0 192.168.1.102.445 *.* LISTEN

tcp4 0 0 192.168.1.101.3391 *.* LISTEN

tcp4 0 0 192.168.1.101.445 *.* LISTEN

tcp4 0 96 192.168.1.100.55550 192.168.1.100.18224 ESTABLISHED

tcp4 0 0 192.168.1.100.18224 192.168.1.100.55550 ESTABLISHED

tcp4 0 0 127.0.0.1.30022 *.* LISTEN

tcp6 0 0 ::1.30022 *.* LISTEN

tcp4 0 0 192.168.1.100.22 222.229.72.5.12543 ESTABLISHED

tcp4 0 0 192.168.1.100.55550 *.* LISTEN

tcp4 0 0 192.168.1.100.22 222.229.72.5.13521 ESTABLISHED

tcp4 0 0 *.25 *.* LISTEN

tcp4 0 0 *.22 *.* LISTEN

tcp4 0 0 *.* *.* CLOSED

tcp46 0 0 *.80 *.* LISTEN

udp4 0 0 *.518 *.*

udp4 0 0 *.512 *.*

Microsoft Windows [Version 6.1.7601]

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 0.0.0.0:80 0.0.0.0:0 LISTENING 3692

TCP 0.0.0.0:135 0.0.0.0:0 LISTENING 132

TCP 172.21.39.146:55472 199.47.217.172:443 CLOSE_WAIT 4240

TCP 172.21.39.146:55473 50.16.218.122:443 CLOSE_WAIT 4240

TCP 172.21.39.146:56113 199.47.217.177:443 CLOSE_WAIT 4240

TCP 172.21.39.146:56145 222.229.64.201:3128 ESTABLISHED 5728

TCP 172.21.39.146:56155 74.125.235.97:80 ESTABLISHED 5364

TCP 172.21.39.146:56156 74.125.235.99:80 ESTABLISHED 5364

TCP 172.21.39.146:56157 72.14.203.103:443 ESTABLISHED 5364

TCP [::]:49159 [::]:0 LISTENING 1828

TCP [::]:49160 [::]:0 LISTENING 788

UDP 0.0.0.0:443 *:* 3692

まとめ

トランスポート層

ソケット・ポート番号

UDP

TCP

3Way Handshake

Sequence & Acknowledge Number

Sliding Window

29

確認＆再送要求， セグメント順序整列

コネクション型

フロー制御