Tcp-порты. список портов tcp и udp

Что такое сетевые порты

При передаче данных кроме IP-адресов отправителя и получателя пакет информации содержит в себе номера портов. Пример: 192.168.1.1:80, — в данном случае 80 — это номер порта. Порт — это некое число, которое используется при приеме и передаче данных для идентификации процесса (программы), который должен обработать данные. Так, если пакет послан на 80-й порт, то это свидетельствует, что информация предназначена серверу HTTP.

Номера портов с 1-го до 1023-й закреплены за конкретными программами (так называемые well-known-порты). Порты с номерами 1024-65 535 могут быть использованы в программах собственной разработки. При этом возможные конфликты должны решаться самими программами путем выбора свободного порта. Иными словами, порты будут распределяться динамически: возможно, что при следующем старте программа выберет иное значение порта, если, конечно, Вы вручную через настройки не задавали ей порт.

Зачем сравнивать TCP или что с ним не так

• packet loss — примерно 0,6% пакетов, которые мы отправляем, теряются по пути;
• reordering — перестановка пакетов местами, в реальной жизни довольно редкое явление, но случается в 0,2% случаев;
• jitter — когда пакеты отправляются равномерно, а приходят очередями с задержкой примерно в 50 мс.

Как вычислить RTT

беспроводные сети популярны и нестабильны

• Более 80% пользователей используют беспроводной интернет;
• Параметры беспроводных сетей динамично меняются в зависимости, например, от того, что пользователь повернул за угол;
• Беспроводные сети имеют высокие показатели packet loss, jitter, reordering;
• Фиксированный ассиметричный канал, смена IP-адреса.

TCP в нестабильных сетях

меньше половины канала

• Беспроводные мобильные сети победили и нестабильны.
• TCP не до конца утилизирует канал в нестабильных сетях.
• Потребление контента зависит от скорости интернета: чем выше скорость интернета, тем больше пользователи смотрят, а мы очень любим наших пользователей и хотим, чтобы они смотрели больше.

Что такое таблицы маршрутизации

И вот мы плавно добрались и до них. И так.. Что же за таблицы такие.

Организация или пользователь может иметь несколько точек подключения к Интернету (например, резервные каналы на случай, если у первого провайдера что-то выйдет из строя, а интернет таки очень нужен) или содержать в своей структуре несколько IP-сетей. В этом случае, чтобы система знала каким путем (через какой шлюз) посылать ту или иную информацию, используются таблицы маршрутизации. В таблицах маршрутизации для каждого шлюза указываются те подсети Интернета, для которых через них должна передаваться информация. При этом для нескольких шлюзов можно задать одинаковые диапазоны, но с разной стоимостью передачи данных: например, информация, будет пересылаться по каналу, имеющему самую низкую стоимость, а в случае выхода его из строя по тем или иным причинам, автоматически будет использоваться следующее доступное наиболее дешевое соединение.

TCP vs self-made UDP

• С перегрузками, когда пакетов очень много и некоторые из них дропаются из-за перегрузки каналов или оборудования.
• Высокоскоростные с большими round-trip (например когда сервер располагается относительно далеко).
• Странные — когда в сети вроде бы ничего не происходит, но пакеты все равно пропадают просто потому-что Wi-Fi точка доступа находится за стенкой.

• Профиль Видео, когда вы подключаетесь и стримите тот или иной контент. Скорость соединения увеличивается, как на верхнем графике. Требования к этому протоколу: низкие задержки и адаптация битрейта.
• Вариант просмотра Ленты: импульсная загрузка данных, фоновые запросы, промежутки простоя. Требования к этому протоколу: получаемые данные мультиплексируются и приоритизируются, приоритет пользовательского контента выше фоновых процессов, есть отмена загрузки.

Отличия HTTP 2.0

• бинарный, сжатие заголовков;
• мультиплексирование данных;
• приоритизация;
• возможна отмена загрузки;
• server push

Высокоприоритетный контент загружается раньше.Server pushReset stream

• Профилях сети: Wi-Fi, 3G, LTE.
• Профилях потребления: cтриминг (видео), мультиплексирование и приоритизация с отменой загрузки (HTTP/2) для получения контента ленты. 

Размер буфера

• пакеты 1 и 2 уже отправлены, для них получено подтверждение;
• пакеты 3, 4, 5, 6 отправлены, но результат доставки неизвестен (on-the-fly packets);
• остальные пакеты находятся в очереди.

Вывод:

Congestion control

• Flow control — это некий механизм защиты от перегрузки. Получатель говорит, на какое количество данных у него реально есть место в буфере, чтобы он был готов их принять. Если передать сверх flow control или recv window, то эти пакеты просто будут выкинуты. Задача flow control — это back pressure от нагрузки, то есть просто кто-то не успевает вычитывать данные.
• У congestion control совершенно другая задача. Механизмы схожие, но задача — спасти сеть от перегрузки.

• Если TCP window = 1, то данные передаются как на схеме слева: дожидаемся acknowledgement, отправляем следующий пакет и т.д. 
• Если TCP window = 4, то отправляем сразу пачку из четырех пакетов, дожидаемся acknowledgement и дальше работаем.

• На верхней схеме сеть, в которой все хорошо. Пакеты отправляются с заданной частотой, с такой же частотой возвращаются подтверждения. 
• Во второй строке начинается перегруз сети: пакеты идут чаще, acknowledgements приходят с задержкой. 
• Данные копятся в буферах на маршрутизаторах и других устройствах и в какой-то момент начинают пропускать пакеты, acknowledgements на эти пакеты не приходят (нижняя схема).

• Cubic — дефолтный Congestion Control с Linux 2.6. Именно он используется чаще всего и работает примитивно: потерял пакет — схлопнул окно.
• BBR — более сложный Congestion Control, который придумали в Google в 2016 году. Учитывает размер буфера.

BBR Congestion Control

• BBR понимает, что идет переполнение буфера, и пытается схлопнуть окно, уменьшить нагрузку на маршрутизатор. 
• Cubic дожидается потери пакета и после этого схлопывает окно.

jitter

Какой Congestion control выбрать

Выводы про congestion control:

• Для видео всегда хорош BBR. 
• В остальных случаях, если мы используем свой UDP-протокол, можно взять congestion control с собой.
• С точки зрения TCP можно использовать только congestion control, который есть в ядре. Если хотите реализовать свой congestion control в ядро, нужно обязательно соответствовать спецификации TCP. Невозможно раздуть acknowledgement, сделать изменения, потому что просто их нет на клиенте.

Приложения

Многочисленные ключевые Интернет-приложения используют UDP, в их числе — DNS (где запросы должны быть быстрыми и состоять только из одного запроса, за которым следует один пакет ответа), Простой Протокол Управления Сетями (SNMP), Протокол Маршрутной Информации (RIP), Протокол Динамической Конфигурации Узла (DHCP).

Голосовой и видеотрафик обычно передается с помощью UDP. Протоколы потокового видео в реальном времени и аудио разработаны для обработки случайных потерь пакетов так, что качество лишь незначительно уменьшается вместо больших задержек при повторной передаче потерянных пакетов. Поскольку и TCP, и UDP работают с одной и той же сетью, многие компании замечают, что недавнее увеличение UDP-трафика из-за этих приложений реального времени мешает производительности TCP-приложений вроде систем баз данных или бухгалтерского учёта. Так как и бизнес-приложения, и приложения в реальном времени важны для компаний, развитие качества решений проблемы некоторыми рассматривается в качестве важнейшего приоритета.

Сравнение UDP и TCP

Основная статья: Транспортный уровень

TCP — ориентированный на соединение протокол, что означает необходимость «рукопожатия» для установки соединения между двумя хостами. Как только соединение установлено, пользователи могут отправлять данные в обоих направлениях.

Надёжность — TCP управляет подтверждением, повторной передачей и тайм-аутом сообщений. Производятся многочисленные попытки доставить сообщение. Если оно потеряется на пути, сервер вновь запросит потерянную часть. В TCP нет ни пропавших данных, ни (в случае многочисленных тайм-аутов) разорванных соединений.

Упорядоченность — если два сообщения последовательно отправлены, первое сообщение достигнет приложения-получателя первым. Если участки данных прибывают в неверном порядке, TCP отправляет неупорядоченные данные в буфер до тех пор, пока все данные не могут быть упорядочены и переданы приложению.

Тяжеловесность — TCP необходимо три пакета для установки сокет-соединения перед тем, как отправить данные. TCP следит за надёжностью и перегрузками.

Потоковость — данные читаются как поток байтов, не передается никаких особых обозначений для границ сообщения или сегментов.

UDP — более простой, основанный на сообщениях протокол без установления соединения. Протоколы такого типа не устанавливают выделенного соединения между двумя хостами. Связь достигается путём передачи информации в одном направлении от источника к получателю без проверки готовности или состояния получателя. В приложениях для голосовой связи через интернет-протокол (Voice over IP, TCP/IP) UDP имеет преимущество над TCP, в котором любое «рукопожатие» помешало бы хорошей голосовой связи. В VoIP считается, что конечные пользователи в реальном времени предоставят любое необходимое подтверждение о получении сообщения.

Ненадёжный — когда сообщение посылается, неизвестно, достигнет ли оно своего назначения — оно может потеряться по пути. Нет таких понятий, как подтверждение, повторная передача, тайм-аут.

Неупорядоченность — если два сообщения отправлены одному получателю, то порядок их достижения цели не может быть предугадан.

Легковесность — никакого упорядочивания сообщений, никакого отслеживания соединений и т. д. Это небольшой транспортный уровень, разработанный на IP.

Датаграммы — пакеты посылаются по отдельности и проверяются на целостность только если они прибыли. Пакеты имеют определенные границы, которые соблюдаются после получения, то есть операция чтения на сокете-получателе выдаст сообщение таким, каким оно было изначально послано.

Нет контроля перегрузок — UDP сам по себе не избегает перегрузок. Для приложений с большой пропускной способностью возможно вызвать коллапс перегрузок, если только они не реализуют меры контроля на прикладном уровне.

Что такое IP-адрес

У всех он есть, но не все имеют представление что за адрес такой и почему вообще без него нельзя. Рассказываю.

IP-адрес  — 32-х битное число, используемое для идентификации компьютера в сети. Адрес принято записывать десятичными значениями каждого октета этого числа с разделением полученных значений точками. Например, 192.168.101.36

IP-адреса уникальны, — это значит, что каждый компьютер имеет свое собственное сочетание цифр, и в сети не может быть двух компьютеров с одинаковыми адресами. IP-адреса распределяются централизованно, интернет-провайдеры делают заявки в национальные центры в соответствии со своими потребностями. Полученные провайдерами диапазоны адресов распределяются дальше между клиентами. Клиенты, в свою очередь, сами могут выступать в роли провайдера и распределять полученные IP-адреса между субклиентами и т.д. При таком способе распределения IP-адресов компьютерная система точно знает «расположение» компьютера, имеющего уникальный IP-адрес; — ей достаточно переслать данные в сеть «владельца», а провайдер в свою очередь проанализирует пункт назначения и, зная, кому отдана эта часть адресов, отправит информацию следующему владельцу поддиапазона IP-адресов, пока данные не поступят на компьютер назначения.

Для построения же локальных сетей выделены спец.диапазоны адресов. Это адреса 10.x.x.x, 192.168.x.x, 10.x.x.x, c 172.16.x.x по 172.31.x.x, 169.254.x.x, где под x- имеется ввиду любое число это от 0 до 254. Пакеты, передаваемые с указанных адресов, не маршрутизируется, иными словами, попросту не пересылаются через Интернет, а поэтому в различных локальных сетях компьютеры могут иметь совпадающие адреса из указанных диапазонов. Т.е., в компании ООО «Рога и копыта» и ООО «Вася и компания» могут находится два компьютера с адресами 192.168.0.244, но не могут, скажем, с адресами 85.144.213.122, полученными от провайдера интернета, т.к. в интернете не может быть два одинаковых IP-адреса. Для пересылки информации с таких компьютеров в Интернет и обратно используются спец.программы и устройства, которые заменяют локальные адреса реальными при работе с интернетом. Иными словами, данные в Сеть пересылаются с реального IP-адреса, а не с локального. Этот процесс происходит не заметно для пользователя и называется трансляцией адресов. Хочется так же упомянуть, что в рамках одной сети, скажем, компании, ООО «Рога и копыта», не может быть два компьютера с одним локальным IP-адресом, т.е., в указанном выше примере имелось ввиду, что один компьютер с адресом 192.168.0.244 в одной компании, второй с таким же адресом — в другой. В одной же компании два компьютера с адресом 192.168.0.244 попросту не уживутся.

Вы наверняка слышали такие термины как внешний IP и внутренний IP, постоянный (статический IP) и переменный (динамический) IP. В двух словах о них:

• внешний IP — это как раз тот самый IP, который выдает Вам провайдер, т.е. Ваш уникальный адрес в интернете, например, — 85.144.24.122
• внутренний IP, — это локальный IP, т.е. Ваш IP в локальной сети, например, — 192.168.1.3
• статический IP — это IP, который не меняется с каждым подключением, т.е. закреплен за Вами твердо и навсегда
• динамический IP, — это плавающий IP-адрес, который меняется с каждым подключением

Тип Вашего IP (статический или динамический) зависит от настроек провайдера.

Служебные порты

Основная статья: Порт (TCP/IP)

UDP-приложения используют датаграммные сокеты для установки соединения между хостами. Приложение связывает сокет с его конечной точкой передачи данных, которая является комбинацией IP-адреса и порта службы. Порт — это программная структура, определяемая номером порта — 16-битным целочисленным значением (то есть от 0 до 65535). Порт 0 зарезервирован, хотя и является допустимым значением порта источника в случае, если процесс-отправитель не ожидает ответных сообщений.

IANA разбила номера портов на три группы.

• Порты с номерами от 0 до 1023 используются для обычных, хорошо известных служб. В Unix-подобных операционных системах для использования таких портов необходимо разрешение суперпользователя.
• Порты с номерами от 1024 до 49151 предназначены для зарегистрированных IANA служб.
• Порты с 49152 по 65535 могут быть использованы для любых целей, поскольку официально не разработаны для какой-то определённой службы. Они также используются как динамические (временные) порты, которые запущенное на хосте программное обеспечение может случайным образом выбрать для самоопределения. По сути, они используются как временные порты в основном клиентами при связи с серверами.