Capítulo 3 Camada de Transporte

Transcrição

1 Redes de Computadores DCC/UFJ Capítulo 3 Camada de Transporte Material fortemente baseado nos slides do livro: Computer Networking: A Top-Down Approach Featuring the Internet. Os slides foram disponibilizados pelos autores James F. Kurose e Keith W. Ross All material copyright J.F Kurose and K.W. Ross, All Rights Reserved Transport Layer 3-1

2 Capítulo Serviços da Camada de Transporte 3.2 Multiplexação e demultiplexação 3.3 Transporte sem Conexão: UDP 3.4 Princípios da transferência confiável 3.5 Transporte com conexão: TCP segmento transferência confiável controle de fluxo gerenciamento de conexão 3.6 Princípios do controle de congestionamento 3.7 Controle de congestionamento do TCP Transport Layer 3-2

3 socket door TCP: Overview RFCs: 793, 1122, 1323, 2018, 2581 ponto a ponto: Um transmissor, um receptor Fluxo em ordem, confiável pipelined: Controle de congestionamento e de fluxo configuram o tamanho da janela Buffers no transmissor e receptor application writes data TCP send buffer segment application reads data TCP receive buffer socket door Dados full duplex: Dados trafegam nas duas direções, usando a mesma conexão MSS:tamanho máximo do segmento Orientado a conexão: handshaking (troca de mensagens de controle) Fluxo de controle: Tranmissor não irá sobrecarregar o receptor Transport Layer 3-3

4 TCP : Estrutura do pacote URG: urgent data (generally not used) ACK: ACK # valid PSH: push data now (generally not used) RST, SYN, FIN: connection estab (setup, teardown commands) Internet checksum (as in UDP) 32 bits source port # dest port # head len sequence number acknowledgement number not used UAP R S F checksum Receive window Urg data pnter Options (variable length) application data (variable length) counting by bytes of data (not segments!) # bytes rcvr willing to accept Transport Layer 3-4

5 TCP : números de sequência e ACKs SNs: ACKs: Número do primeiro byte Número do próximo byte esperado ACK cumulativo User types C Host A Host B Seq=42, ACK=79, data = C Seq=79, ACK=43, data = C host ACKs receipt of C, echoes back C Q: como o receptor lida com os segmentos for a de ordem A: especificação não diz nada a respeito host ACKs receipt of echoed C Seq=43, ACK=80 simple telnet scenario time Transport Layer 3-5

6 TCP Round Trip Time e Timeout Q: como definir o valor de timeout? Maior que o RTT Mas o RTT varia! Muito curto: timeout prematuro Retransmissões desnecessárias Muito longo: reação lenta a perda de segmentos Q: como estimar o RTT? SampleRTT: tempo entre a transmissão do segmento e a recepção do ACK Ignora retransmissões SampleRTT poderá ter uma variação grande, idéia é ter uma estimativa mais smooth Média considerando um grupo de estimativas mais recentes, não somente o valor mais atual SampleRTT Transport Layer 3-6

7 TCP Round Trip Time e Timeout EstimatedRTT = (1- α)*estimatedrtt + α*samplertt Média móvel exponencial ponderada Peso atribuído a estimativas mais antigas diminui exponencialmente Valor típico: α = Transport Layer 3-7

8 Example RTT estimation: RTT: gaia.cs.umass.edu to fantasia.eurecom.fr RTT (milliseconds) time (seconnds) SampleRTT Estimated RTT Transport Layer 3-8

9 TCP Round Trip Time e Timeout Calculando o timeout RTT estimado (EstimatedRTT) mais uma margem de segurança Grande variação no RTT estimado -> maior margem de segurança Primeiro, estimar o quanto o SampleRTT está distante do EstimatedRTT: DevRTT = (1-β)*DevRTT + β* SampleRTT-EstimatedRTT (tipicamente, β = 0.25) O intervalo de timeout é calculado da seguinte forma: TimeoutInterval = EstimatedRTT + 4*DevRTT Transport Layer 3-9

11 TCP : transferência confiável TCP cria um protocolo de serviço confiável sobre o serviço não confiável do IP Segmentos enviados em Pipelining ACKs acumulados TCP usa um temporizador para retransmissão Retransmissões são disparadas por: timeout acks duplicados Inicialmente considere um transmissor simplificado do TCP: ignore os acks duplicados ignore controles de fluxo e congestionamento Transport Layer 3-11

12 TCP:eventos no transmissor Recebimento de dados vindo da aplicação: Cria um segmento com SN SN é o número do primeiro byte no segmento Inicializa o temporizador se este não estiver rodando (pense no temporizador como o último segmento não reconhecido) Intervalo expira: TimeOutInterval timeout: Retransmite o segmento que causou o timeout Reinicia o temporizador Ack rcvd: Se reconhece segmentos previamente não reconhecidos Atualize os segmentos que devem ser reconhecidos Inicie o temporizador se existem segmentos não reconhecidos Transport Layer 3-12

13 NextSeqNum = InitialSeqNum SendBase = InitialSeqNum loop (forever) { switch(event) event: data received from application above create TCP segment with sequence number NextSeqNum if (timer currently not running) start timer pass segment to IP NextSeqNum = NextSeqNum + length(data) event: timer timeout retransmit not-yet-acknowledged segment with smallest sequence number start timer event: ACK received, with ACK field value of y if (y > SendBase) { SendBase = y if (there are currently not-yet-acknowledged segments) start timer } } /* end of loop forever */ Transmissor TCP sender (simplificado) Comment: SendBase-1: last cumulatively ack ed byte Example: SendBase-1 = 71; y= 73, so the rcvr wants 73+ ; y > SendBase, so that new data is acked Transport Layer 3-13

14 TCP: Cenários de retransmissão Host A Host B Host A Host B Seq=92, 8 bytes data timeout SendBase = 100 time Seq=92, 8 bytes data X loss ACK=100 Seq=92, 8 bytes data ACK=100 lost ACK scenario Sendbase = 100 SendBase = 120 SendBase = 120 Seq=92 timeout Seq=92 timeout time Seq=100, 20 bytes data ACK=100 ACK=120 Seq=92, 8 bytes data ACK=120 premature timeout Transport Layer 3-14

15 TCP: Cenários de retransmissão Host A Host B Seq=92, 8 bytes data timeout Seq=100, 20 bytes data X loss ACK=100 SendBase = 120 ACK=120 time Cumulative ACK scenario Transport Layer 3-15

16 TCP ACK generation [RFC 1122, RFC 2581] Event at Receiver Arrival of in-order segment with expected seq #. All data up to expected seq # already ACKed Arrival of in-order segment with expected seq #. One other segment has ACK pending Arrival of out-of-order segment higher-than-expect seq. #. Gap detected Arrival of segment that partially or completely fills gap TCP Receiver action Delayed ACK. Wait up to 500ms for next segment. If no next segment, send ACK Immediately send single cumulative ACK, ACKing both in-order segments Immediately send duplicate ACK, indicating seq. # of next expected byte Immediate send ACK, provided that segment starts at lower end of gap Transport Layer 3-16

17 Retransmissão Rápida Time-out pode ser relativamente longo: Longo período força o transmissor a atrasar o reenvio do pacote perdido Detectar perdas através de ACKs duplicados Transmissor envia alguns segmentos backto-back Se o segmento é perdido, grandes chances de ACKs duplicados Se o transmissor recebe 3 ACKs para um mesmo segmento, o transmissor supõe que o segmento após o ACKS foi perdido: Retransmissão rápida: reenvia o segmento antes do timeout Transport Layer 3-17

19 TCP: Controle de Fluxo Controle de fluxo Receptor possui um buffer: Transmissor não irá inundar o buffer do receptor, transmitindo muitos dadost Adequa a taxa de envio com a taxa pela qual o processo receptor está lendo os dados Processo da aplicação pode ser lenta ao ler os dados no buffer Transport Layer 3-19

20 Controle de Fluxo TCP: como funciona (Suponha que o rececptor TCP descarte segmentos fora de ordem) espaço livre no buffer = RcvWindow = RcvBuffer-[LastByteRcvd - LastByteRead] Receptor informa o espaço livre no buffer incluindo o valor RcvWindow nos segmentos Transmissor limita a quantidade de bytes não reconhecidos no tamanho de RcvWindow Garante que no buffer do receptor não ocorrerá overflow Transport Layer 3-20

22 TCP Gerenciamento de Conexão Recordando: antes de troca de segmentos, transmissor e receptor estabelecem uma conexão Inicializa as variáveis TCP: SN (número de seq.) buffers, informação do controle de fluxo(e.g. RcvWindow) cliente: inicializa a conexão connect(sock,(struct sockaddr *)&target,sizeof(target)); servidor: contactado pelo cliente listen(sock,5); newsock=accept(sock,(struct sockaddr *)&from,&addrlen); Three way handshake: Passo 1: cliente envia o segmento TCP SYN ao servidor Especifica o valor inicial do SN Não envia dados Passo 2: servidor recebe o SYN e responde com um segmento SYNACK Servidor aloca os buffers Especifica o SN inicial Passo 3: cliente recebe o SYNACK, responde com um segmento ACK, que pode ter dados Transport Layer 3-22

23 TCP: Gerenciamento de Conexão Encerrando a conexão: client closes socket: clientsocket.close(); close client FIN server Passo 1: cliente envia um segmento de controle Fin ao servidor ACK FIN close Step 2: servidor recebe FIN, responde com um ACK, fecha a conexão e envia um segmento FIN. timed wait closed ACK Transport Layer 3-23

24 TCP: Gerenciamento de Conexão Passo 3: cliente recebe FIN, responde com ACK. Entra no estado timed wait - permite que o cliente reenvie o ACK caso o anterior se perca closing client FIN ACK FIN server closing Step 4: servidor recebe ACK. Encerra a conexão. timed wait ACK closed closed Transport Layer 3-24

25 TCP: Gerenciamento de Conexão TCP server lifecycle TCP client lifecycle Transport Layer 3-25

27 Princípios do Controle de Congestionamento Congestionamento: informalmente: muitas fontes enviando muitos dados rapidamente, de um modo que a rede não pode tratar diferente de controle de fluxo! como reconhecer : perda de pacotes(buffer overflow nos roteadores) atrasos longos (fila nos buffers dos roteadores) Transport Layer 3-27

28 Causas/custos do congestionamento: cenário 1 dois transmissores, dois receptores Host B Host A λ in : original data unlimited shared output link buffers λ out um roteador, buffers infinitos sem retransmissões atrasos grandes quando a rede está congestionada vazão máxima Transport Layer 3-28

29 Causas/custos do congestionamento: cenário 2 um roteador, buffer finito retransmissão do pacote perdido Host A λ in : original data λ' in : original data, plus retransmitted data λ out Host B finite shared output link buffers Transport Layer 3-29

30 Causas/custos do congestionamento: cenário 2 sempre: λ = λ in out (goodput) retransmissão quando ocorre perda: λ > λ in out Retransmissão por atraso de pacotes (não perda) : λ > in λ out R/2 R/2 R/2 R/3 λ out λ out λ out R/4 λ in R/2 λ in R/2 λ in R/2 a. b. c. custos do congestionamento: mais retransmissões para um dado goodput Retransmissões desnecessárias: enlace carrega múltiplas cópias de um pacote Transport Layer 3-30

31 Causas/custos do congestionamento: cenário 3 4 transmissores caminhos com múltiplos saltos timeout/retransmissão Host A λ in : original data λ' in : original data, plus retransmitted data finite shared output link buffers λ out Host B Transport Layer 3-31

32 Causas/custos do congestionamento: cenário 3 H o s t A λ o u t H o s t B Outro custo do congestionamento: quando o pacote é descartado, qualquer capacidade de transmissão para este pacote foi perdido! Transport Layer 3-32

33 Controle de Congestionamento Controle fim-a-fim: rede não fornece um feedback explícito congestionamento é inferido a partir das perdas e atrasos observados pelos sistemas finais mecanismo usado pelo TCP Controle de congestionamento assistido pela rede: roteadores fornecem feedback aos sistemas finais bit indicando congestionamento (SNA, DECbit, TCP/IP ECN, ATM) explicita a taxa em que o transmissor deve enviar os dados Transport Layer 3-33