Reti - DISI, University of...
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Reti(già “Reti diCalcolatori”)
Illivello Trasporto:UDPeTCP
RenatoLoCigno
http://disi.unitn.it/locigno/index.php/teaching-duties/computer-networks
Copyright
Reti- [email protected] LivelloTrasporto 2
Quest’operaèprotettadallalicenza:
CreativeCommonsAttribuzione-Noncommerciale-Nonoperederivate2.5ItaliaLicense
Peridettagli,consultarehttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/it/
Servizi e protocolli di trasporto
r Fornisconolacomunicazionelogicatraprocessiapplicatividihost differenti
r Eseguononeisistemiterminalimlatoinvio:organizzaimessaggiinsegmenti elipassaallivellodirete
mlatoricezione:riassembla isegmentiinmessaggielipassaallivellodiapplicazione
Applicazione
trasportoretecollegamentofisico
Applicazione
trasportoretecollegamentofisico
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Livello trasporto in Internet
• Dueprotocolliditrasportodibasealternativi:TCPeUDP• Modellidiserviziodiversi
o TCPorientatoallaconnessione,affidabile,controllodiflussoecongestione,mantienelostatodellaconnessione
o UDPnonconnesso,non-affidabile,senzastato• Caratteristichecomuni:
o multiplazioneedemultiplazionemedianteleporteo rilevazione(noncorrezione)errorisuheader
• Altriprotocollisonoinfasedidefinizione/deployment:o SCTP(Stream ControlTransmission Protocol)o DCCP(Datagram CongestionControlProtocol)o ...
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Posizionamento e visione
• Illivellotrasporto,comequellodiapplicazione,nonhavisibilità dei dettagli della rete
• Lasemantica delprotocollo è end-to-endelaretevienetrattata comeuna scatola nera
• Loscopo “generale”delprotocollo è fornire unaastrazione dicomunicazione ai protocolli dilivelloapplicativo– attraversoserviziastrattidedicati(SAP– ServiceAccessPoint)– chiamatisocket ingergoInternet
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Visioned’insieme
Applicaz.
TCP/UDP
IP
L1
L2
IP
L1
L2
L1
L2
IP
L1
L2
L1
L2
Applicaz.
TCP/UDP
IP
L1
L2
datiapplicaz. datiapplicaz.gestioneend-to-enddellaconnessione
datiapplicaz.TCP
dati.TCPIP
L2 datiTCPIPL2 datiTCPIPL2 datiTCPIP
datiapplicaz.TCP
datiTCPIP datiTCPIP
datiTCPIP
UD
PTC
P
Livelloditrasporto
• Fornisceuncanaleditrasportoend-to-end“astratto”tradueutenti,indipendentementedallarete
• Percompierequestoobiettivo,cometuttiilivelli,illivelloditrasportooffre,attraversodelleprimitive,deiserviziallivellosuperioreesvolgeunaseriedifunzioni
• Servizioffertiallivelloapplicativo:– connection-oriented affidabile
• periltrasferimentodeidativieneattivataunaconnessione• ognipacchetto(à segmento) inviatoviene“riscontrato”inmodoindividuale
– connectionless nonaffidabile• nonvieneattivatanessunaconnessione• inviodelletramesenzaattenderealcunfeedbackdalladestinazionesullacorrettaricezione
– seunatramavienepersanoncisono tentativiperrecuperarla
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Funzioni svolte dal livello di trasporto
• Indirizzamentoalivelloapplicativo/multiplazione/demultiplazione– multiplazioneeindirizamentoalivelloapplicativo– scartoPDUmalformateoconerrorinell’header
• Instaurazione,gestioneerilasciodelleconnessioni– sipreoccupadigestirelaconnessione,ovveroloscambiodi
informazioninecessarieperconcordarel’attivazionediuncanaledicomunicazione
• Recuperodeglierrori(suidati)– politicheimplementateeazionidasvolgereincasodierroreo
perditadisegmenti• Consegnaordinatadeisegmenti• Controllodiflusso
– azionepreventivafinalizzataalimitarel’immissionedidatiinreteasecondadellacapacitàend-to-enddiquesta
• Controllodellacongestione– azionidaintraprenderecomereazioneallacongestionedirete
TCP
UDP
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Generalità
• GliindirizzidilivelloIPvengonoutilizzatiperl’instradamentodeipacchettiall’internodellareteeidentificanounivocamenteglihost sorgenteedestinazione
• Quandoilpacchettogiungealladestinazioneevienepassatoallivelloditrasportonasceunulterioreproblema:– poichésullivelloditrasportosi
appoggianopiùapplicazioni,com’èpossibiledistinguerel’unadall’altra?
• Siintroduceilconcettodiporta,chenonèaltrocheuncodicecheidentifical’applicazione
Livello 1
Livello 2
IP
Trasporto: TCP - UDP
Appl.1 Appl.2 Appl.3
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Indirizzamento: mux/demux
• Ildestinatariofinaledeidatinonèunhostmaunprocessoinesecuzionesull’host
• L’interfacciatraprocessiapplicativiestratotrasportoèrappresentatadauna“porta”o numerointerosu16bito associazionetraporteeprocessio processiserverstandarde“pubblici”sonoassociatiaporta“bennota”,inferiorea1024(es:80perWWW,25peremail)
o processiclienteservernonstandardo“nascosti”usanounaportasuperiorea1024,nelcasodeiclient assegnatadinamicamentedalsistemaoperativo
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• Ilnumerodiportapuòessere– statico(well known port)
• identificativiassociatiadapplicazionistandard(postaelettronica,web,ftp,dns,...)
– dinamico(emphemeral)• identificativiassegnatidirettamentedalsistemaoperativoalmomentodell’aperturadellaconnessione
• Laportasorgenteelaportadestinazionenonsonouguali• L’utilizzodelleporte,insiemeagliindirizziIPsorgentee
destinazione servonoperilmux/demx deidati• Flussooconnessione
– datidiunasingolacomunicazionelogica– unaapplicazionepuò usare più flussi
Indirizzamento: mux/demux
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Indentificareunflusso
TCP/UDPIP
Destination portSource port
dati applicaz.
Vers IHL Total lengthFrag. Identification Flags Frag. Offset
Source address
TOS
TTL Protocol Header Checksum
Destination address
Options & Padding:
5-uplacheidentificala
connessione(eilconseguenteflusso)tradueapplicazioni
La5-upla{S-IP,D-IP,PROT,S-Port,D-Port}identificainmodo univocounflussoinqualsiasipuntodellarete...equindiancheall’interfacciatraprotocolloapplicativoeprotocollodi
trasportoinunhost
Formato dei segmenti UDP
• SourcePorteDestination Port[16bit]:identificanoiprocessisorgenteedestinazionedeidati
• Length [16bit]:lunghezzatotale(espressainbyte)deldatagramma,compresol’headerUDP
• Checksum [16bit]:campodicontrollocheservepersapereseildatagrammacorrentecontieneerrori
Destination portSource port
0 8 15 16 24 31
ChecksumLength
DATA
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UserDatagramProtocol
• Protocolloditrasportoconnectionlessnonaffidabile• Svolgesolofunzionediindirizzamentodelleapplicazioni(porte)• NONgestisce:
– connessioni;controllodiflusso– recuperodeglierrori(solorilevamento)– controllodellacongestione;riordinodeipacchetti
• Supportoditransazionisemplicitraapplicativieapplicazionireal-timechetolleranoperdite
• Un’applicazione che usa UDPdeve risolvere problemi diaffidabilità,perdita dipacchetti,duplicazione,controllodisequenza,controllodiflusso,controllodicongestione
• StandardizzatoinRFC768
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ChecksumUDP
Mittente:r Trattailcontenutodel
segmentocomeunasequenzadiinterida16bit
r checksum:somma(complementoa1)icontenutidelsegmento
r Ilmittenteponeilvaloredellachecksum nelcampochecksumdelsegmentoUDP
Ricevente:r calcolalachecksumdelsegmento
ricevutor controllaselachecksumcalcolata
èugualealvaloredelcampochecksum:m No- errorerilevatom Sì- nessunerrorerilevatom Particolaripatterndierrori
possonosfuggire
Obiettivo: rilevaregli“errori”(bitalterati)nelsegmentotrasmesso
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Esempio dichecksumUDP
r NotamQuandosisommanoinumeri,unriportodalbitpiùsignificativodeveesseresommatoalrisultato
r Esempio:sommaredueinterida16bit
1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 01 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1
1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1
1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 01 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1
a capo
sommachecksum
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Tecniche ARQ e protocolli a finestra
• Perottenereaffidabilitàsiusanotecnichediritrasmissioneautomaticadelleinformazionicorrotteoperse– ARQ– Automatic Retransmission reQuest
• Ladecisione(automatica)seritrasmetterel’informazionevienepresainbaseaprotocollichesfruttanofinestreditrasmissioneericezione– stopandwait (finestrapariaunaunitàdati– PDU)– finestredidimensionefissa– finestrecondimensionevariabile
• Servonotecnicheper– rilevarelePDUerrate– rilevarelePDUmancanti
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Protezione dagli errori
• bitdiparità(riconosceerroriinnumerodispari)
• codicearipetizione(decisioneamaggioranza:permettedicorreggereerrori)
0 1 1 0 1 0 1 0 00 1 0 0 1 0 1 0 1
0 1 1 0 1 0 1 00 1 1 0 1 0 1 00 1 1 0 1 0 1 0
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• paritàdirigaecolonna(consentelacorrezionedierrorisingoli)
0 1 1 0 1 0 1 00 1 0 0 1 0 0 00 0 0 1 0 1 0 11 1 0 0 0 0 0 11 1 1 0 1 1 0 10 0 0 0 1 1 0 00 1 1 0 0 1 0 10 1 0 0 0 0 0 00 0 1 1 0 1 1 0
Protezione dagli errori
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Stopandwait
• Iltrasmettitore:– inviaunaPDUdopoavernefattaunacopia– attivaunorologio(tempoditimeout)– siponeinattesadellaconfermadiricezione(acknowledgment- ACK)
– sescadeiltimeout primadell’arrivodellaconferma,ripetelatrasmissione
• Iltrasmettitore,quandoriceveunACK:– controllalacorrettezzadell’ACK– controllailnumerodisequenza– sel’ACKèrelativoall’ultimaPDUtrasmessaabilitalatrasmissionedellaprossimaPDU
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Stop and wait
• Ilricevitore,quandoriceveunaPDU:– controllalacorrettezzadellaPDU– controllailnumerodisequenza– selaPDUècorrettainvialaconfermadiricezione(ACK)– selaPDUèquellaattesa,essavieneconsegnataailivellisuperiori
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Stopandwait
Primobitdelpacchettotrasmesso,t=0Mittente Ricevitore
RTT
Ultimobitdelpacchettotrasmesso,t=L/R
ArrivailprimobitArrival’ultimobit,inviaACK
ArrivaACK,invia il prossimopacchetto,t=RTT+L/R
efficienza=L/R
RTT+L/RL=lunghezza delpacchetto (bit)R=capacità della rete(bit/s)
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Finestre multi-PDU
• IlprotocolloStopandWait èpocoefficienteperchédopolatrasmissionediognisingolopacchettobisognaattenderelasuaconferma
• PermetterelatrasmissionedipiùdiunaPDUprimadifermarsiinattesadelleconfermemiglioraleprestazioni– TrasmissioneericezioneACKavvengonoin“pipeline”
• DevopoterriconoscerelePDUtrasmesse
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Finestra di trasmissione
• LafinestraditrasmissioneWT è“laquantitàmassimadiPDUinsequenzacheiltrasmettitoreèautorizzatoadinviareinretesenzaavernericevutoriscontro(ACK)”
• Ladimensionedellafinestraèlimitatadallaquantitàdimemoriaallocataintrasmissione
• WT rappresentaancheilmassimonumerodiPDUcontemporaneamentepresentisulcanaleoinrete
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Finestra di ricezione
• LafinestradiricezioneWR è”lasequenzadiPDUcheilricevitoreèdispostoadaccettareememorizzare”
• Ladimensionedellafinestraèlimitatadallaquantitàdimemoriaallocatainricezione
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Finestra di trasmissione
n
pacchetticonfermati
pacchettitxeinattesadiconferma
pacchettichepossono
esseretrasmessi
pacchettichenonpossonoancoraesseretrasmessi
WT
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Finestradiricezioneunitaria
n
pacchetticonfermati
pacchettoatteso
pacchettifuorisequenzachenonpossonoessereaccettati
WR
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Go Back NGo Back N
• IltrasmettitoreconfinestraN:– inviafinoadN =WT PDU,facendodiognunaunacopia– attivaunsoloorologio(timeout)perleN PDU– siponeinattesadelleconfermediricezione(ACK)– sescadeiltimeout primadellaconfermadiricezioneripetelatrasmissionedituttelePDUnonancoraconfermate
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Go Back NGo Back N
• Ilricevitore,quandoriceveunaPDU:– controllalacorrettezzadellaPDU– controllailnumerodisequenza– selaPDUècorrettainvialaconfermadiricezione– selaPDUcontieneilprimonumerodisequenzanonancoraricevuto,vieneconsegnataailivellisuperiori
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Selective RepeatSelective Repeat
• NelprotocolloGobackN ilricevitoreaccettasoloPDUinsequenza
• AccettarePDUcorrette,mafuorisequenza,miglioraleprestazioni:Selective repeat
• IlprotocolloSelectiveRepeat usafinestraditrasmissioneefinestradiricezionedidimensionimaggioridi1(disolitodiparidimensione)
• E`necessariocheiltrasmettitoreassociundiversotimeout aciascunaPDUinviataoppurecheilricevitorerichiedaespressamentelaritrasmissionedella/ePDUmancanti
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SemanticadeipacchettidiriscontroSemanticadeipacchettidiriscontro
• Lasemanticaassociataalpacchettodiriscontropuòessere:
– ACKindividuale(oselettivo):sinotificalacorrettaricezionediunpacchettoparticolare.ACK(n)significa“horicevutoilpacchetton”
– ACKcumulativo:sinotificalacorrettaricezionedituttiipacchetticonnumerodisequenzainferioreaquellospecificatonell’ACK.ACK(n)significa“horicevutotuttofinoadn escluso”
– ACKnegativo(NAK):sinotificalarichiestadiritrasmissionediunsingolopacchetto.NAK(n)significa“ritrasmettiilpacchetton”
• TrasmettitoreeRicevitoresidevonoaccordarepreventivamentesullasemanticadegliACK
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Piggybacking
• Nelcasodiflussidiinformazionebidirezionali,èsoventepossibilescriverel’informazionediriscontro(ACK)nellaintestazionediPDUdiinformazionecheviaggianonelladirezioneopposta
• Sirisparmialatrasmissionediunpacchettoalivellorete
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Finestra di ricezione > di 1Finestra di ricezione > di 1
nPDU
confermateeconsegnate
allivellosuperiore PDUattese
PDUfuorisequenzachenonpossonoessereaccettate
WR
PDUdaconsegnare
allivellosuperiore
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NumerazionePDU
• LanumerazionedellePDUèciclica:– kbitdinumerazione– numerazionemodulo2k
– WT +WR <2k
0
1
2
34
5
6
7WT
WR
3bitdinumerazione
W
WR
T
=
=
1
3Reti- [email protected] LivelloTrasporto 34
Selective RepeatSelective Repeat
• Iltrasmettitore:– trasmettefinoadN =WT PDUsenzaricevereACK– perciascunainizializzauntimeout– quandoriceveunACKrelativoadunaPDUlatogliedallafinestraditrasmissioneetrasmetteunanuovaPDU
– sescadeuntimeout ritrasmetteselettivamentelaPDUrelativaall’ACK(ere-inizializzailtimeout)
– quandoritrasmetteunaPDUpuò• fermarsifinoaquandoharicevutol’ACKdiquestaPDU• continuareatrasmetterePDUnuoveseladinamicadellafinestraedegliACKrelativiallealtrePDUloconsente
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Selective RepeatSelective Repeat
• Ilricevitore:– riceveunaPDU– controllalacorrettezzadellaPDU– controllailnumerodisequenza– selaPDUècorrettaedinsequenzalaconsegnaallivellosuperiore
– selaPDUècorrettamanoninsequenza:• seèentrolafinestradiricezionelamemorizza• seèfuoridallafinestradiricezionelascarta
– inviaunACK• relativoallaPDUricevuta(ACKselettivi)• relativoall’ultimaPDUricevutainsequenza(ACKcumulativi)
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Prestazioni protocolli a finestra
esempio:collegamentoda1Gbps,ritardodipropagazione15ms,pacchettida1kbit:
Ttrasm= 8 kb/pacc109 b/sec = 8 microsec
Ø Umitt :utilizzo èlafrazioneditempoincuiilmittenteèoccupatonell’inviodibit
Ø Unpacchettoda1KBogni30msec ->throughput di33kB/secinuncollegamentoda1Gbps
Ø Ilprotocolloditrasportolimital’usodellerisorsefisiche!
Umitt =
0,008
30,008= 0,00027
L / RRTT + L / R
=
L (lunghezza del pacchetto in bit)R (tasso trasmissivo, bps) =
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stop-and-wait
Primo bit del pacchetto trasmesso, t = 0
Mittente Ricevente
RTT
Ultimo bit delpacchetto trasmesso, t = L / R
Arriva il primo bitArriva l’ultimo bit, invia ACK
Arriva ACK, invia il prossimo pacchetto, t = RTT + L / R
Umitt =
0,008
30,008= 0,00027
L / RRTT + L / R
=
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Finestra > 1 à Pipelining
Pipelining: ilmittenteammettepiùpacchettiintransito,ancoradanotificarem bufferingdeipacchettipressoilmittenteericeventeper
ritrasmissioni
Reti- [email protected] LivelloTrasporto 39
Pipelining: aumento dell’utilizzo
Mittente Ricevente
RTT
Ultimo bit del primopacchetto trasmesso, t = L / R
Arriva il primo bit del primo pacchetto
Arriva l’ultimo bit del primo pacchetto,invia ACK
Arriva ACK, invia il prossimo pacchetto, t = RTT + L / R
Arriva l’ultimo bit del secondo pacchetto,invia ACKArriva l’ultimo bit del terzo pacchetto,invia ACK
Umitt =0,024
30,008= 0,0008
3 * L / RRTT + L / R
=
Aumento l’utilizzodiunfattoreWT
Primo bit del primopacchetto trasmesso, t = 0
WT =3;
WT >3trasmetto3pacchetti primadifermarmi
Reti- [email protected] LivelloTrasporto 40
TCP...finalmente
• Il“Transmission ControlProtocol”èunprotocolloafinestraconACKcumulativieritrasmissioniselettive
• Lafinestradiricezioneetrasmissionepossonoesserevariatedinamicamentedurantelacomunicazione– versioniepatchsuccessivelohannoresounodeiprotocollipiùcomplessidellasuitediInternet
• TCPèorientatoallaconnessione• Affidabile• Implementacontrollodiflusso• Cercadicontrollareiltrafficoiniettatoinfunzionedella
congestionenellarete
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TCP: riferimenti bibliografici
• RichardStevens:TCPIllustrated,vol.1-2-3• RFC793(1981) :Transmission ControlProtocol• RFC1122/1123 (1989) :Requirements forInternetHosts• RFC1323(1992) :TCPExtensionsforHighPerformance• RFC2018(1996) TCPSelective Acknowledgment Options • RFC2581:TCPCongestionControl• RFC2582:TheNewReno Modification toTCP's FastRecovery
Algorithm• RFC2883:AnExtensiontotheSelectiveAcknowledgement(SACK)
OptionforTCP• RFC2988: ComputingTCP's Retransmission Timer• ...• ...
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TCP: compiti
• Fornisceporteper(de)multiplazione• UnaentitàTCPdiunhost,quandodevecomunicareconun’entità
TCPdiunaltrohost,creaunaconnessionefornendounserviziosimileaduncircuitovirtualeo bidirezionale(fullduplex) o concontrollodierroreedisequenza
• Mantieneinformazionidistatoneglihost perogniconnessione• TCPsegmentaeriassembla idatisecondolesuenecessità:
• trattastream didati(byte)nonstrutturatidailivellisuperiori• nongarantiscenessunarelazionetrailnumerodiread equellodiwrite (buffertraTCPelivelloapplicazione)
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Identificazione di connessioni
• UnaconnessioneTCPtradueprocessièdefinitadaisuoiendpoints(puntiterminali),univocamenteidentificatidaunsocket:o IndirizziIPhost sorgenteehostdestinazione
o NumeridiportaTCPhostsorgenteehost destinazione
• Nota:TCPoUDPusanoporteindipendenti
• Esempio:connessioneTCPtraporta15320host 130.192.24.5eporta80host 193.45.3.10
Destination portSource port
Vers IHL Total length
Frag. Identification Flags Frag. Offset
Source address
TOS
TTL Protocol Header Checksum
Destination address
Options & Padding:
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Trasmettitore TCP
• Suddivideidatidell’applicazioneinsegmenti• UsaprotocolloafinestraconWT ≥ 1• Attivatimerquandoinviaisegmenti:
o segmentinonconfermatialloscaderedeltimer(Retransmission TimeOut - RTO)provocanoritrasmissioni
• StimaRTTperimpostareRTO• Calcolaetrasmettechecksum obbligatoriosuheader edati• Regolavelocitàcondimensionefinestra
o controllodiflussoecongestione
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Ricevitore TCP
• Riordinasegmentifuorisequenzaescartasegmentierratio consegnastream ordinatoecorrettoaprocessoapplicativo
• InviaACKcumulativi• AnnuncianegliACKlospazioliberonelbufferdiricezioneper
controllarevelocitàtrasmettitore(controllodiflusso)
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Ricevitore TCP
• Segmentocorrettoedinsequenza• Memorizza(edeventualmenteconsegnaallivellosuperiore)edinviaACKcumulativo
• Segmentoduplicato• ScartaedinviaACKrelativoall’ultimosegmentoricevutoinsequenza
• Segmentoconchecksum errato• ScartasenzainviareACK
• Segmentofuorisequenza• MemorizzaedinviaACKrelativoall’ultimosegmentoricevutoinsequenza(ACKduplicato)
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TCP: generazione ACK
Eventi
arrivo segmento in ordine, inviato ACK correttamente per tutti segmenti precedenti
arrivo segmento fuori sequenzacon numero maggiore di quello atteso: vuoto rilevato
arrivo di segmento che riempie vuoti parzialmente o completamente
Azioni ricevitore TCP
invia ACK
invia ACK duplicato, indicando come numero di sequenza il prossimo byte che si attendedi ricevere
ACK immediato, indicando come numero di sequenza il prossimo byte che si attendedi ricevere
Reti- [email protected] LivelloTrasporto 48
Throughput ottenibile
• Generico protocollo afinestra:lavelocità ditrasmissione inassenza dierrori è
o Connessioni “corte”ottengonobandamaggiore aparità difinestra
• Perregolare velocità ditrasmissione posso agire suo roundtriptimeo dimensione finestra
time tripRoundione trasmissdi Finestra
Reti- [email protected] LivelloTrasporto 49
Controllo di flusso
• TCPimpiegauncontrolloend-to-endbasatosucontrollodelladimensionedellafinestradeltrasmettitore:o evita che unhostveloce saturi unricevitore lentoo ilricevitoreimponeladimensionemassimadellafinestradeltrasmettitore,indicandonegliACKlafinestradiricezionedisponibile
o valoredinamicochedipendedall’allocazionedelsistemaoperativoedallaquantità didati ricevuti enonancora lettidall’applicazione
Reti- [email protected] LivelloTrasporto 50
Controllo di congestione
• Deveevitarecheglihost nelloroinsiemesianotroppoaggressivisaturandolarete
• Nonpossotrasmetteresempreallavelocitàmassimaconsentitadalricevitore
• Selafinestraditrasmissioneè maggiore del valorepercuiilbitrateintrasmissionesuperacapacitàdelcollodibottigliao simemorizzanodatineibufferlungoilpercorso,ecresceroundtriptime
o siperdonodatineibufferdeinodiintermedi
Reti- [email protected] LivelloTrasporto 51
LaPDUTCP
• LaPDUdiTCPèdettasegmento• Ladimensionedeisegmentipuòvariaredalsoloheader
(ACK,20byte)finoadunvaloremassimoMSSconcordatoconilricevitoreedipendentedallaMTUIP
• Ladimensionedelsingolosegmentodipendedallostreamdeilivellisuperiori
HEADER 20 B
VARIABLEDATA
LENGTH (0 - MSS)
Reti- [email protected] LivelloTrasporto 52
0 4 8 16 19 24 32
Source Port Destination Port
Sequence Number
Acknowledgment Number
Checksum
Options
Window
Urgent Pointer
HLEN Resv Control flag
Padding
TCP header
Reti- [email protected] LivelloTrasporto 53
TCP header
Sequence Number
Acknowledgment Number
0 15 31
HLEN Resv. Receiver window
checksum Urgent Pointer
flags
Source Port Number Dest Port Number
Identificanol’applicazionechestainviandoericevendodati.CombinaticonirispettiviindirizziIP,identificanoinmodounivocounaconnessione
Reti- [email protected] LivelloTrasporto 54
TCP header
• Identifica,nellostream didati,laposizionedelprimobytedelpayload delsegmento
• Numerazioneciclicasu32bit• Ognidirezionedella
connessioneprocedeconnumeridisequenzadiversieindipendenti
Acknowledgment Number
0 15 31
HLEN Resv. Receiver window
checksum Urgent Pointer
flags
Source Port Number Dest Port Number
Sequence Number
Reti- [email protected] LivelloTrasporto 55
0 15 31
HLEN Resv. Receiver window
checksum Urgent Pointer
Source Port Number Dest Port Number
Sequence Number
Acknowledgment Number
flags
Numero di sequenza più 1 dell’ultimo byte di dati ricevuto correttamente e in sequenza
Ovvero il prossimo byte che il ricevitore si aspetta di ricevere
Valido solo con ACK flagsettato
TCP header
Reti- [email protected] LivelloTrasporto 56
Numeri di sequenza e di ack
Host A Host B
Utente preme tasto
‘C’
host confermaricezionedell’eco
‘C’
hostconferma ricezionedi ‘C’, ed invia echo
tempoEsempio di sessione telnet
Reti- [email protected] LivelloTrasporto 57
0 15 31
checksum Urgent Pointer
flags
Source Port Number Dest Port Number
Sequence Number Lunghezza dell’header in parole di 32 bit
Acknowledgment Number
HLEN Resv. Receiver window
TCP header
Reti- [email protected] LivelloTrasporto 58
0 15 31
checksum Urgent Pointer
flags
Source Port Number Dest Port Number
Sequence Number
RiservatI per usi futuri(es. ECN – ExplicitCongestion Notification)
Acknowledgment Number
HLEN Resv. Receiver window
TCP header
Reti- [email protected] LivelloTrasporto 59
Gestioneconnessione • Seibitdiflag,unoopiùpossonoesseresettatiinsieme:o URG:urgentpointervalidoo ACK:numerodiackvalidoo PSH:forzapassaggiodatiapplicazione
o RST:resetconnessioneo SYN:synchronizeseq.No.Aperturaconnessione
o FIN:chiusuraconnessione
0 15 31
checksum Urgent Pointer
Source Port Number Dest Port Number
Sequence Number
Acknowledgment Number
HLEN Resv. Receiver windowflags
TCP header
Reti- [email protected] LivelloTrasporto 60
0 15 31
checksum Urgent Pointer
flags
Source Port Number Dest Port Number
Sequence Number
Numero di byte, a partire da quello nel campo di ACK, che il ricevitore è disposto ad accettare per controllo di flussoValore massimo rwnd65535 byte se non si usa l’opzione “window scale”
Acknowledgment Number
HLEN Resv. Receiver window
TCP header
Reti- [email protected] LivelloTrasporto 61
Finestra e Throughput
• MassimaquantitàdidatiintransitoperRTT:o 16-bitrwnd = 64KBmax
• RTT=100msProdotto banda xritardo dato
BandaT1 (1.5Mbps) Ethernet (10Mbps) T3 (45Mbps) FastEthernet (100Mbps) STS-3 (155Mbps) STS-12 (622Mbps) STS-48 (2.5Gbps)
banda x ritardo18KB
122KB549KB1.2MB1.8MB7.4MB
29.6MB
Reti- [email protected] LivelloTrasporto 62
0 15 31
flags
Source Port Number Dest Port Number
Sequence Number
Checksum obbligatorio su header e dati, più pseudo-header che include indirizzi IP e tipo di protocollo (violazione del principio di stratificazione OSI)
Acknowledgment Number
HLEN Resv. Receiver window
checksum Urgent Pointer
TCP header
Reti- [email protected] LivelloTrasporto 63
• Algoritmodichecksumo allineamentodiheader,datie
pseudo-header su16bito sommaincomplementoa1di
ognirigao siottienenumeroa32bit,che
sidivideinduepartidi16bito sommaincomplementoa1
delledueparti,inclusoilriporto
o inserisconell’header i16bitrisultanti
0 15 31
flags
Source Port Number Dest Port Number
Sequence Number
Acknowledgment Number
HLEN Resv. Receiver window
checksum Urgent Pointer
TCP header
Reti- [email protected] LivelloTrasporto 64
0 15 31
flags
Source Port Number Dest Port Number
Sequence Number
Acknowledgment Number
HLEN Resv. Receiver window
checksum Urgent Pointer
Puntatore a “dati urgenti” nelcampo dati (es. ctrl-C in unasessione telnet).Offset rispetto al num. di seq.
Valido solo se flag URG èsettato
TCP header
Reti- [email protected] LivelloTrasporto 65
Instraurazione della connessione
• L’instaurazionedellaconnessioneavvienesecondolaproceduradettadi“three-wayhandshake”
• lastazionecherichiedelaconnessione(A)inviaunsegmentodiSYN
• parametrispecificati:numerodiportadell’applicazionecuisiintendeaccedereeInitial SequenceNumber (ISN-A)
• lastazionechericevelarichiesta(B)rispondeconunsegmentoSYN
• parametrispecificati:ISN-Beriscontro(ACK)ISN-A
• lastazioneAriscontrailsegmentoSYNdellastazioneB(ISN-B)
Reti- [email protected] LivelloTrasporto 66
time
A B
SYN(PortA,PortB,ISN-A)=x
SYNACK(PortB,PortA, ISN-B=Y,ACK=x+1)
ACK(PortA, PortB,ACK=y+1
Come si calcola MSS
• MSSdipendedallaMTU(MaximumTransferUnit)dellivelloIP,cheasuavoltadipendedallivelloData-LinkdelcollegamentoconMTUpiùpiccolalungoilpercorso
• PurtroppononesistonomeccanismidisegnalazionepercomunicareMSS
• TCPpuòcercaredistimarelaMTUminimaconunmeccanismodi“trialanderror”
• Provasegmentisemprepiùgrossifinoaquandounovienescartatoperdimensioneeccessivaeildispositivochel’hascartatomandaunmessaggioICMP(v.livellorete)almittente
• ...purtropponontuttiidispositivirispondono...• Default:MSS=1460(1500tramaethernet– 40bytes diheaders)• Default“minimo”:MSS=536
Reti- [email protected] LivelloTrasporto 67
TerminazionedellaConnessione
• Poichélaconnessioneèbidirezionale,laterminazionedeveavvenireinentrambeledirezioni
• Proceduraditerminazione“gentle”– lastazionechenonhapiùdatidatrasmettereedecidedichiuderelaconnessioneinviaunsegmentoFIN(segmentoconilcampoFINpostoa1eilcampodativuoto)
– lastazionechericeveilsegmentoFINinviaunACKeindicaall’applicazionechelacomunicazioneèstatachiusanelladirezioneentrante
• Sequestaproceduraavvienesoloinunadirezione(half close),nell’altrailtrasferimentodatipuòcontinuare(gliACKnonsonoconsideraticometrafficooriginato,macomerispostaaltraffico)
– perchiuderecompletamentelaconnessione,laproceduradihalf close deveavvenireanchenell’altradirezione
Reti- [email protected] LivelloTrasporto 68
TerminazionedellaConnessione
Reti- [email protected] LivelloTrasporto 69
time
A B
FIN(PortA,PortB)
FINACK(PortB,PortA)
DATA()
ACK()DATA()
ACK()
FIN(PortB,PortA)
FINACK(PortA,PortB)
TerminazioneconRST
• Laterminazione“gentle”è moltolenta ecomplessa,esi presta aattacchi DoS
• Lamaggior partedelle applicazionimoderne (soprattutto i grandiwebserver)terminano laconnessione conunsingolo RST
• RSTnasce come“disasterrecovery”perliberare lerisorse logicheincaso diimpossibilitàdicomunicazione
• Sel’altroend-pointdellaconnessionericeveRSTliberaancheluilerisorselogiche
Reti- [email protected] LivelloTrasporto 70
time
A B
RST(PortA,PortB)
Gestione del timeout
• Iltimeout (RTOà RetransimissionTimeOut)indicailtempoentroilqualelasorgentesiaspettadiricevereilriscontro(ack)– nelcasoincuiilriscontrononarrivi,lasorgenteprocedeallaritrasmissione
• RTOnonpuòessereunvalorestaticopredefinito– iltempodipercorrenzasperimentatodaisegmentièvariabileedipende
• dalladistanzatrasorgenteedestinazione• dallecondizionidellarete• dalladisponibilitàdelladestinazione
– esempio:fattorinochedeveconsegnareunpaccoincittà• RTOdevedunqueesserecalcolatodinamicamentedivoltainvolta
– durantelafasediinstaurazionedellaconnessione– durantelatrasmissionedeidati
• IlcalcolodiRTOsibasasullamisuradelRTT(RoundTripTime)– RTT:intervalloditempotral’inviodiunsegmentoelaricezionedel
riscontrodiquelsegmento
Reti- [email protected] LivelloTrasporto 71
Stima del Round Trip Time
• PoichéRTTpuòvariareanchemoltoinbaseallecondizionidellarete,ilvalorediRTT(SRTT,Smoothed RTT)utilizzatoperilcalcolodiRTOrisultaunastimadelvalormediodiRTTsperimentatodaidiversisegmenti
• Ilparametroαèregolabilee,asecondadeivaloriassunti,rendeilpesodellamisuradiRTTistantaneopiùomenoincisivo– seαà 0ilSRTTstimatorisultaabbastanzastabileenonviene
influenzatodasingolisegmentichesperimentanoRTTmoltodiversi– seαà 1ilSRTTstimatodipendefortementedallamisurapuntualedei
singoliRTTistantanei– tipicamenteα=0.125=(1/8)
SRTT = (1- α) SRTT + α RTT
RTT = valore del campione attuale di RTT SRTT = stima smoothed di RTT
Reti- [email protected] LivelloTrasporto 72
Stima del Round Trip Time
• Tipicamenteb=0.25=(1/4)• LaRTTVARpuòancheesseremoltomaggiorediSRTT• Lasuastimausaunfiltromenostretto,percuilastimaèpiù
“reattiva”• ConosceremediaevarianzadiRTTserveaimpostare
correttamenteiltimeout diritrasmissione
RTTVAR = (1- b) RTTVAR + b |SRTT – RTT|
RTTVAR = stima smoothed della varianza di RTT
Reti- [email protected] LivelloTrasporto 73
Stima di RTO
• RTO=SRTT+4RTTVAR
• LasorgenteattendeilRTTmedio(SRTT)piùquattro voltelasua varianza (RTTVAR)primadiconsiderareilsegmentopersoeritrasmetterlo
• Incasodiritrasmissione,ilRTOperquelsegmentovienericalcolatoinbaseadunprocessodiexponential backoff– seèscadutoilRTO,probabilmentec’è
congestione,quindimeglioaumentareilRTOperquelsegmento
– RTO-retransmission=2*RTO• RTOvieneriportatoalsuovalore“calcolato”senza
backoff dopolatrasmissionecorrettadiunsegmentonuovo
A Bsegm. X
ACKRTT
RTO
RTO’
segm. X+1
segm. X+1
ACK
segm. X+3
RTO
segm. X+3ACK
segm. X+2
ACK
RTO
segm. X+4
segm. X+4
ACK
ACK
segm. X+3
Reti- [email protected] LivelloTrasporto 74
Esempio di stima di RTT:
RTT: gaia.cs.umass.edu e fantasia.eurecom.fr
100
150
200
250
300
350
1 8 15 22 29 36 43 50 57 64 71 78 85 92 99 106
tempo (secondi)
RTT
(mill
isec
ondi
)
Campione RTT Stime di RTT
Reti- [email protected] LivelloTrasporto 75
Stima di RTT e RTO
• RTOhaunvaloreminimo(normalmenteintornoa200ms)eunomassimo(normalmente60seoltre)
• Implementazionimoderneusanol’opzione“timestamp”perilcalcolodiRTT,maiprincipibasediadattamentoallecondizionidellareterimanelostesso:– vienestimatounvaloremedioeunadeviazionemediadiRTT– RTOvienecalcolatoinbaseaquestivalorimedi
• Nelleimplementazioni,inoltre,sitienecontodialtrifattorichepossonoinfluenzareilcalcolodiRTTediRTO:– esempio:ilRTTdeisegmentiritrasmessidovrebbeinfluenzareilSRTTequindiilRTO?
Reti- [email protected] LivelloTrasporto 76
Congestione: generalità
• Incasodicongestionedellarete,acausadeibufferlimitatidegliapparatidirete,alcunisegmentipotrebberovenirepersi
• Laperditadeisegmentieilrelativoscaderedeltimeout diritrasmissioneèconsideratounsintomodicongestione– ilTCPnonhaaltrimezziperconoscerelostatodellarete
• Lasorgentedovrebbeessereingradodireagirediminuendoiltassodiimmissionedeinuovisegmenti
• Questareazionevienedetta“controllodellacongestione”– sidifferenziadalcontrollodiflussocheinvecedefiniscetecnicheperevitareilsovraccaricodelricevitore
Reti- [email protected] LivelloTrasporto 77
Congestione:cause
• Leritrasmissioni rischiano diessere inutili nel caso incuiipacchetti vengono buttati viapermancanza dirisorse
• Cos’è lacongestioneecomesi genera?• Congestione:lostato diuna reteincuiil traffico offerto η è
maggiore della capacità delal reteC– normalizzando ρ =η/Callora ρ >=1significa congestione
• Esempio disingolo collo dibottiglia
100 Mbit/sS2
S3
S50
S1
...ricevitori
Reti- [email protected] LivelloTrasporto 78
Cause/costi della congestione:1
r duemittenti,duedestinatari
r unrouterconbufferillimitati
r nessunaritrasmissione
• throughputmassimo
• ritardo“infinito”
Reti- [email protected] LivelloTrasporto 79
Cause/costi della congestione: 2
r unrouter,bufferfinitir ilmittenteritrasmetteilpacchettoperduto
Buffer finiti e condivisi per i collegamenti in uscita
Host A λin : dati originari
Host B
λout
λ'in : dati originaripiù dati ritrasmessi
Reti- [email protected] LivelloTrasporto 80
Cause/costi della congestione: 3
r Quattromittentir Percorsimultihopr timeout/ritrasmissione
λinD: Che cosa accade quando
e aumentano?λin
Host Aλin : dati originari
Host B
λout
λ'in : dati originaripiù dati ritrasmessi
Buffer finiti e condivisi per i collegamenti in uscita
Reti- [email protected] LivelloTrasporto 81
Cause/costi della congestione: 3
Unaltro“costo”dellacongestione:r Quandoilpacchettovienescartato,lacapacitàtrasmissiva
utilizzatasuicollegamentidiupstream perinstradareilpacchettorisultasprecata!
Host A
Host B
λout
Reti- [email protected] LivelloTrasporto 82
Approcci al controllo della congestione
Controllodicongestioneend-to-end:r nessunsupportoesplicito
dallareter lacongestioneèdedotta
osservandoleperditeeiritardineisistemiterminali
r metodoadottatodaTCP
Controllodicongestioneassistitodallarete:r irouterfornisconoun
feedbackaisistemiterminalim unsingolobitperindicarela
congestione(SNA,DECbit,TCP/IPECN,ATM)
m comunicareinmodoesplicitoalmittentelafrequenzatrasmissiva
Reti- [email protected] LivelloTrasporto 83
Congestion Window
• Incasodicongestioneilcontrollodiflussorallentalasorgente– selareteècongestionata,arriverannomenoriscontriequindiiltassodiimmissionediminuisceautomaticamente
• Ladimensionedellafinestraè ottimale?No!
• Soluzioneperilcontrollodellacongestioneà variaredinamicamenteladimensionedellafinestraditrasmissione– ladimensionedellafinestranonèdecisaaprioriestatica,masiadattaallesituazioni(stimate)dicarico
– talefinestrascorrevoleevariabilevienedenominata“congestionwindow”(CWND)
Reti- [email protected] LivelloTrasporto 84
Esempio
A B56
789
10
111213141516
17
5 6 7 8 9 10 11 12 13 144 15 16 17 18
5 6 7 8 9 10 11 12 13 144 15 16 17 18
5 6 7 8 9 10 11 12 13 144 15 16 17 18
5 6 7 8 9 10 11 12 13 144 15 16 17 18
5 6 7 8 9 10 11 12 13 144 15 16 17 18
1213
RTO
Reti- [email protected] LivelloTrasporto 85
Algoritmi di controllo della congestione
• Esistonodiversialgoritmicheregolanoladimensionedellafinestra(CWND)alvariaredellecondizionidirete
• Iduealgoritmibasesono:– SlowStart– CongestionAvoidance
• Altrialgoritmisonostatidefinitiperaumentarel’efficienzadelTCPincasodiperdita(alpostodelRTO)– FastRetransmit– FastRecovery– SACK
Reti- [email protected] LivelloTrasporto 86
Slow Start e Congestion Avoidance
• Sonoduediversialgoritmicheregolanoladimensionedellafinestra(l’utilizzodiunoescludel’utilizzodell’altro)
• SlowStart– perciascunriscontroricevutolaCWNDpuòaumentarediunsegmento– questoimplicache,quandosiriceveunriscontro,sitrasmettonoduenuovi
segmenti(enonunosolocomenelcasoincuilaCWNDrimanefissa)– l’evoluzionedellaCWNDhaunandamentoesponenziale
• alprimoRTTlaCWND=1,ricevutoilriscontroCWND=2,ricevutiidueriscontriCWND=4,...
• Congestion avoidance– perciascunriscontroricevuto,lafinestraaumentodi1/CWND(CWNDè
espressainnumerodisegmenti)– questoimplicacheadogniRTT,incuisiricevonounnumerodiriscontripari
allaCWND,laCWNDaumentadiunsegmento– l’evoluzionedellaCWNDhaunandamentolineare
Reti- [email protected] LivelloTrasporto 87
Slow Start e Congestion Avoidance
• Durantelafase SSalla ricezione diogni ACKvalido enonduplicato
CWND=CWND+MSS
• Durantelafase CAalla ricezione diogni ACKvalido enonduplicato
CWND=CWND+MSS/CWND
Reti- [email protected] LivelloTrasporto 88
Esempio: Slow Start
CWND
tempoRTT
2
4
6
8
5 6 7 8 9 10 11 12 13 144 15 16 17 18 18
5 6 7 8 9 10 11 12 13 144 15 16 17 18 18
5 6 7 8 9 10 11 12 13 144 15 16 17 18 18
5 6 7 8 9 10 11 12 13 144 15 16 17 18 18
A B4
56
7...10
11......18
NOTA: per semplificare la rappresentazione grafica, si assume che i segmenti vengano generati e trasmessi tutti nello stesso istante e i corrispettivi riscontri vengano ricevuti di conseguenza tutti insieme dopo un tempo pari a RTT (supposto costante)
Reti- [email protected] LivelloTrasporto 89
Esempio: Congestion Avoidance
5 6 7 8 9 10 11 12 13 144 15 16 17 18 18
A B567
89
1011
1213141516
5 6 7 8 9 10 11 12 13 144 15 16 17 18 18
5 6 7 8 9 10 11 12 13 144 15 16 17 18 18
CWND
tempoRTT
2
4
6
8
Reti- [email protected] LivelloTrasporto 90
Evoluzione della CWND
• CongestionWindow(CWND)– dimensionedellafinestra(espressainbyteoinnumerodisegmenti)di
trasmissione• Receive Window(RECWND)
– dimensionedellafinestradiricezione(espressainbyteoinnumerodisegmenti)annunciatadalladestinazione;èillimitemassimochelaCWNDpuòassumere
• SlowStartThreshold (SSTHRESH)– dimensionedellafinestra(espressainbyteoinnumerodisegmenti)
raggiuntalaquale,invecediseguirel’algoritmodiSlowStart,siseguel’algoritmodiCongestionAvoidance
• RTT:tempotrascorsotral’inviodiunsegmentoelaricezionedelriscontro;incondizionidistabilitàdellareteedelcarico,RTTrimanepressochécostante
• RTO:tempochelasorgenteaspettaprimadiritrasmettereunsegmentononriscontrato
Reti- [email protected] LivelloTrasporto 91
Evoluzione della CWND
• L’algoritmocheregolaladimensionedellaCWNDèilseguente:– all’iniziodellatrasmissionesipone
• CWND=1segmento(ovverounnumerodibytepariaMSS)• SSTHRESH=RCVWNDoppureSSTHRESH=RCVWND/2(dipendedalleimplementazioni)
– laCWNDevolvesecondol’algoritmodiSlowStartfinoalraggiungimentodellaSSTHRESH
– raggiuntalasogliaSSTHRESH,ladimensionediCWNDèregolatadall’algoritmodiCongestionAvoidance
– lafinestracrescefinoalraggiungimentodiRCVWND
Reti- [email protected] LivelloTrasporto 92
Evoluzione CWND senza perdite
• SlowStart+CongestionAvoidance+RCWND
Reti- [email protected] LivelloTrasporto 93
t[RTT]
CWND[#se
g.]
2
4
8
RCWND=12
SSHRT=RCWND/2=6
Throughput
• Abbiamovistocheilthroughputdiunprotocolloafinestra(fissa)èdatodallaformula Thr[bit/s]=DF[byte]*8/T[s]
• doveTèladuratadellatrasmissioneeDFladimensionedellafinestra
• Eperunprotocolloafinestravariabile?• Dipenderàdallafinestraistanteperistanteequindinellungoperiodo
dall’integraledellafinestraneltempo
Thr [bit/s]= ⎰DF(t)dt
Reti - [email protected] - Livello Trasporto 94
T
Throughput
• PeraverebuoneprestazionièfondamentalecheTCPmantengalagiustadimensionedellafinestra
• SeRCVWNDètroppograndeipacchettisiaccumulanoneibufferdellareteaumentandoRTT...equindiladuratadellaconnessionepertrasferireunadataquantitàdidati
• Questaèunaformadicongestioncontrol• Funzionamoltobenequandoilcollodibottigliaèillinkal
trasmettitore:ipacchettisiaccumulanonelSOdell’hostcherappresentaunbuffermoltogrande
• RCVWNDèilmassimo,macosaaccadeincasodicongestioneeperdite?
Reti - [email protected] - Livello Trasporto 95
Recupero delle perdite
• TCPrecuperaleperditeconduemeccanismi• ScadenzaRTO• Ricezionedi3ACKduplicati(4ACKuguali)-->FastRetransmit• InognicasoTCPritrasmetteilpacchettoperso(ilprimodellafinestra
percostruzione)egliACKcumulativigarantisconocheilmeccanismosiaditiposelective-repeat.
• SescadeRTOTCP“ricominciadacapo”• SesiusaFastRetransmit TCPloabbinaaunmeccanismochesi
chiamaFastRecovery ilcuiscopoèdimezzarelafinestraalmomentodellaperditaeentrareincongestionavoidance
• Vediamoidiversicasiindettaglio...
Reti - [email protected] - Livello Trasporto 96
Recupero con RTO
AllascadenzadiRTOTCP:1. RTO=RTO*2;SSHTHR=CNGWND/22. CNGWND=MSS(1segmento)3. Ritrasmetteilprimosegmentodellafinestra4. Attendediriceverel’ACK5. Quando(ese)riceveACK:WLow =(ACKNumber)6. Se(ACKNumber)>WUp
ricominciafunzionamentonormaleAltrimenti
ritrasmetteunsegmentoricominciandodalpunto37. SescadeRTOricominciadalpunto1.per10volte;eperulteriori
6voltesenzaincrementareRTO...poisiarrende
Reti - [email protected] - Livello Trasporto 97
RecuperoconRTO
Reti- [email protected] LivelloTrasporto 98
A B1011121314
15
ignoreIgnoreignore
RagioniamoasegmentiWLow =10;CNGWND=5;WUp =14FaseCongestion AvoidanceSegmentopersoNo.11
XA11
A11 DupACKA11 DupACKA11 DupACK
A11 DupACK
ignore
LafinestraNONcresceperchénonsonostatiricevutiCNGWNDACK
~~ ~~RTO Expires Ret 11
RTO = RTO*2A16
Fine recupero 16
WLow =16;CNGWND=1;WUp =16SSTHR=5*MSS/2Riparteinslowstart
RecuperoconRTO
Reti- [email protected] LivelloTrasporto 99
Dinamicadellafinestra:RTT=20ms;RTO=200ms;RCWND=40segmenti(~64K)
Lafinestrainquestasliderappresentailnumeroeffettivodisegmenti inviatinelRTT
t[RTT]
CWND[#se
g.]
2
4
8
SSHRT=2.5
121218
RTO=10RTT
Civogliono 18RTTperchéCNGWNDritornialvaloredi5segmentiSelafinestraèpiùgrandeeilrapportoRTO/RTTmaggiore ...lecosevannoancorapeggio
segmentoritrasmesso
RecuperoconRTOperditemultiple
Reti- [email protected] LivelloTrasporto 100
Dinamicadellafinestra:RTT=20ms;RTO=200ms;RCWND=40segmenti(~64K)SecondaperditaquantoCNGWNDharaggiunto8segmentiLafinestrainquestasliderappresentailnumeroeffettivodisegmenti inviatinelRTT
t[RTT]
CWND[#se
g.]
2
4
8
SSHRT=2.5
121218
RTO=10RTT
SSHRT=4
RTO=10RTT
Inpresenzadiperditeilfunzionamento èunasequenzaditrasmissioni“burst”seguitedailunghi silenzidell’RTO
Recupero con Fast Retransmit
Quandovengonoricevuti3ACKduplicati:1. SSHTHR=CNGWND/22. CNGWND=MSS(1segmento)3. Ritrasmetteilprimosegmentodellafinestra4. Attendeescarta(ignora)tuttiiDupACK successivi5. Quando(ese)riceveACKnonduplicato:WLow =(ACKNumber);
WUp =WLow +CNGWND6. Se(ACKNumber)>WUp
ricominciafunzionamentonormaleAltrimenti
ritrasmetteunsegmentoricominciandodalpunto37. SescadeRTO(es.perditasegmentoritrasmesso)sicomporta
comeconrecuperoconRTOReti - [email protected] - Livello Trasporto 101
RecuperoconFastRetransmit
Reti- [email protected] LivelloTrasporto 102
A B1011121314
15
Dup ACK 1Dup ACK 2Dup ACK 3
RagioniamoasegmentiWLow =10;CNGWND=5;WUp =14FaseCongestion AvoidanceSegmentopersoNo.11
XA11
A11 DupACKA11 DupACKA11 DupACK
A11 DupACK
ignore
LafinestraNONcresceperchénonsonostatiricevutiCNGWNDACK
Ret 11
A16
Fine recupero16
WLow =16;CNGWND=1;WUp =16SSTHR=5*MSS/2Riparteinslowstart
RecuperoconFastRetransmit
Reti- [email protected] LivelloTrasporto 103
Dinamicadellafinestra:RTT=20ms;RTO=200ms;RCWND=40segmenti(~64K)
Lafinestrainquestasliderappresentailnumeroeffettivodisegmenti inviatinelRTT
t[RTT]
CWND[#se
g.]
2
4
8
SSHRT=2.5
128
CNGWNDritornaalvaloredi5segmentiin“soli”8RTT.Seleperditesonocasuali,comunque TCPnon riesceamantenereunafinestraeunthroughput elevati
segmentoritrasmesso.I 3dupACKimpieganomeno diunRTT(perdefinizione)
Reti- [email protected] LivelloTrasporto 104
Dinamicadellafinestra:RTT=20ms;RTO=200ms;RCWND=40segmenti(~64K)SecondaperditaquantoCNGWNDharaggiunto8segmentiLafinestrainquestasliderappresentailnumeroeffettivodisegmenti inviatinelRTT
t[RTT]
CWND[#se
g.]
2
4
8
SSHRT=2.5
121015
SSHRT=4
Inpresenzadiperditeilfunzionamento èunasequenzadifasidicrescitadellafinestraseguitedaunacadutaa“zero”
Recupero con Fast Retransmit / RTO
• UsandoisemplicimeccanismidiRTOeFastRetransmit TCPimplementaritrasmissioneselettiva
• PuòrecuperareunsegmentopersociascunRTT• RTOèmoltoinefficiente• FastRetransmitmiglioraefficienza,mailfunzionamentocontinuaad
essere“asinghiozzo”• Idea:anziché“ricominciaredacapo”sipuòentraredirettamentein
congestionavoidancemettendoCNGWND=SSTHR• Peròsenzaaltriaccorgimentisirischiadiritrasmetteresegmentigià
ricevuti
Reti - [email protected] - Livello Trasporto 105
Fast Recovery
• L’ideadibaseèquelladiottenereuna“oscillazione”diCNGWND“adentedisega”dimezzandolafinestraincasodiperditeeincrementandolalinearmentequandononcisonoperdite
Reti - [email protected] - Livello Trasporto 106
• Bisognaevitareritrasmissioni• Bisognaevitaretimeout• Sarebbemeglioevitarel’attesadiunRTTsesicontinuanoaricevere
ACKduplicati
t[RTT]
CWND[#se
g.]
4
8
16
perdite
Recupero con Fast Recovery
Quandovengonoricevuti3ACKduplicati:1. SSHTHR=CNGWND/22. Ritrasmetteilprimosegmentodellafinestra3. CNGWND=SSHTHR+3MSS(3Dup ACKricevuti);selafinestralo
consenteinvianuovisegmenti4. PerogninuovoDup ACKCNGWND=CNGWND+MSSeinviaun
nuovosegmentoselafinestraloconsente5. Quando(ese)riceveACKnonduplicato:WLow =(ACKNumber)
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Recupero con Fast Reovery
1. Se(ACKNumber)>WUpCNGWND=SSHTHRricominciafunzionamentonormaleincongestionavoidance
AltrimentiritrasmetteunsegmentorimaneinFastRecoveryriprendendodalpunto4,aquestopuntogliACKduplicatisiriferisconoalsecondosegmentoritrasmesso
2. SescadeRTO(es.perditasegmentoritrasmesso)sicomportacomeconrecuperoconRTO
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RecuperoconFastRecovery
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A B1011121314
15
Dup ACK 1Dup ACK 2Dup ACK 3
RagioniamoasegmentiWLow =10;CNGWND=5;WUp =14FaseCongestion AvoidanceSegmentopersoNo.11
XA11
A11 DupACKA11 DupACKA11 DupACK
A11 DupACK
16
LafinestraNONcresceperchénonsonostatiricevutiCNGWNDACK
Ret 11
A16
CNGWND=CNGWND+1trasmettenuovo segmento
WLow =10;WUp =16SSTHR=5*MSS/2CNGWND=SSHTR+3Nonpuòtrasmetterenuovi segmenti Fine recupero
CNGWND=SSTHRtrasmettenuovo segmentoCNGWND=CNGWND+MSS/2=3trasmette2nuovi segmenti
17
1819
2021
A17
A18
A19A20
A21A22
RecuperoconFastRecovery
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Dinamicadellafinestra:RTT=20ms;RTO=200ms;RCWND=40segmenti(~64K)
Lafinestrainquestasliderappresentailnumeroeffettivodisegmenti inviatinelRTT
t[RTT]
CWND[#se
g.]
2
4
8
SSHRT=2.5
128
CNGWNDritornaalvaloredi5segmentisemprein8RTT,maconFastRecoveryhatrasmesso3segmentiinpiùnello stessotempo
segmentoritrasmesso
CNGWND=SSTHR+3=5nonconsentediinviarenuovi segmenti
NuovoDupACKricevutoCNGWND=CNGWND+1inviaunnuovosegmento (17)
Recupero perdite: riassunto
• RTOimplementaritrasmissioniselettive,funzionasempre,masprecamoltissimerisorse(tempo)
• FastRetransmit abbatteiltempodirecupero,consentedirecuperareunsegmentoperRTT(anzichéRTO),maèancorapiuttostoinefficiente
• FastRecovery èmoltocomplessoecisonocasiincui...siinceppaàRTO
• QuandofunzionacorrettamenteFastRecoverysostienelatrasmissionedinuovipacchettimentrerecuperaquellipersi.
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Crescita finestra
• LostandardprevedechelafinestrainCAcrescalinearmenteconRTT• Diverseimplementazioninonrispettanoquestaindicazione• Linuxà TCPCubic• Windowsà TCPCompound• Ilrisultatoè...unpo’dicaosinrete(ancora?!?!)
• TCPdovrebbecontrollarelacongestioneedessereancheequo• AbbiamogiàvistocheinrealtàdipendedaRTT• Condiverse“logichedicrescitadellafinestraèancorapeggio
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Implementazioninonstandard
• TCPCUBIC(Linux)
• TCPCompound(MSWindows)
3-114
Equità: seKsessioniTCPcondividonolostessocollegamentoconampiezzadibandaR,cheèuncollodibottigliaperilsistema,ognisessionedovràavereunafrequenzatrasmissivamediapariaR/K.
ConnessioneTCP 1
Capacità delrouter R,il collo di bottigliaConnessione
TCP 2
Equità diTCP
TCPè equo?Dueconnessioniinconcorrenzatraloro:r L’incrementoadditivodeterminaunapendenzaparia1,all’aumentaredel
throughoutr Ildecrementomoltiplicativoriduceilthroughput inmodoproporzionale
R
R
Condivisione della stessaampiezza di banda
Throughput della connessione 1
congestion avoidance: incremento additivoperdita: riduce la finestra di un fattore 2
congestion avoidance: incremento additivoperdita: riduce la finestra di un fattore 2