Controlo de Congestão em TCP {TCPCongestion.doc} TCP - Controlo de congestão

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1 Prof V Vargas, IST Controlo de Congestão em TCP 03/11/11, Page 1 of 27 Controlo de Congestão em TCP {TCPCongestion.doc} TCP - Controlo de congestão 1. Indique, justificando, se a seguinte afirmação é verdadeira, ou falsa: O mecanismo de controlo de congestionamento de um protocolo de transporte é usado para evitar que haja segmentos perdidos na rede.. 2. [07E2.16] Indique dois modos possíveis de um emissor tomar conhecimento de congestionamento, mesmo não havendo perda de pacotes R: i) Notificação explícita pelo nível Rede (ex.:atm-abr) ; ii) detectar aumento do RTT (ex.: TCP). 3. [07E1] Explique, sucintamente, as diferenças entre os mecanismos de controlo de congestionamento previstos no protocolo ABR (Available Bit Rate), para as redes ATM, e os mecanismos de controlo de congestionamento presentes no protocolo TCP, na Internet R: ABR: o emissor é notificado do estado de congestionamento da rede por células RM (Resource Management) - a que reaje regulando o ritmo de transmissão. Essas células são enviadas por ele mesmo, entrelaçadas com as células de dados - sendo-lhe depois "ecoadas" pelo receptor (mas também é possível um nó gerar uma célula RM e enviar-lha directamente). Na rota até ao receptor, os nós intermédios podem "decrescer" o campo ER (Explicit Rate) - que assim acabará por indicar o mínimo dos ritmos por eles suportados; ademais, podem marcar os bits NI (No Increase) ou CI (Congestion Indication), para indicarem Congestão (respectivamente moderada ou severa). O próprio receptor poderá marcar o bit CI se na última célula de dados por ele recebida o bit EFCI (Explicit Forward Congestion Indication) tiver sido marcado (por algum desses nós). TCP: o emissor infere o estado de congestionamento da rede pela observação das perdas e atrasos; estes provocam variação no RTT, timeouts e/ou Acks duplicados - a que o emissor (nas versões Tahoe e Reno) reaje diminuindo subitamente a Janela de congestão e voltando a aumentá-la progressivamente (mecanismos Slow Start seguido de Congestion Avoidance). 4. Indique, justificando, se a seguinte afirmação é verdadeira, ou falsa: O mecanismo de arranque lento (Slow- Start) do TCP tem como objectivo ajustar o ritmo do emissor TCP ao ritmo do receptor TCP. 5. [07E2.1] Um emissor TCP usa exclusivamente segmentos de 1000 octetos. Suponha que, de momento, este emissor tem uma janela de congestionamento de 4000 octetos. De quantos octetos aumenta a janela se receber um ACK não-duplicado e se o modo corrente fôr: i) Slow-start; ii) Congestion Avoidance. R: I) 1000: ii) 250 octetos (Reparo: Uma Janela de Congestionamento de 4000 octetos habilita ao envio de 4 Segmentos de 1000 octetos; quando acabarem de chegar os correspondentes 4 Acks, a Janela terá aumentado de: 4000 octetos em Slow-Start; 1000 octetos em Congestion Avoidance. Por Ack, aumentará, então, respectivamente, de 4000/4 e 1000/4 octetos) 6. [07E3.11] Considere uma ligação TCP entre W e E em que: MSS (Maximum Segment Size) está fixado em 1000 bytes, não ocorrem perdas nem os segmentos chegam fora de ordem e E devolve um Ack por cada 1000 bytes de dados recebidos. Considere a troca de segmentos representada em TCP20.a em que, inicialmente, a janela de congestionamento de W é 2000 bytes. Como se observa na figura, W envia sucessivamente dois segmentos com 500 bytes de dados, e mais outros dois Segmentos com 1000 bytes de dados cada um. Diga qual o número máximo, N, de segmentos com MSS Bytes de dados que W pode enviar após receber o segundo Ack, nos casos seguintes: 1) Para o caso de W se encontrar na fase Slow-Start. 2) Para o caso W se encontrar na fase Congestion-Avoidance. R1: * =3000 bytes=3 Segs MSS; R2: aproximadamente, * =2000 bytes = 2 Segs MSS. Nota: Mais em rigor, a evolução da janela de congestionamento é:

2 Prof V Vargas, IST Controlo de Congestão em TCP 03/11/11, Page 2 of 27 Inicial Após a recepção do 1º Ack 2º Ack Slow-Start = =4000 Congestion-Avoidance *(1000/2000)= *(1000/2500)=2900 Pelo que, para Congestion-Avoidance, seria, com mais rigor, N =( )/1000 = 1 Seg MSS 7. [08T1.7] Considere uma ligação TCP entre W e E em que o MSS (Maximum Segment Size) está fixado em 4000 Bytes, não ocorrem perdas nem os segmentos chegam fora de ordem. Além disso, E devolve um Ack por cada par de segmentos recebidos ainda não confirmados. Considere a troca de segmentos mostrada em TCP20.b. A dada altura, em W, a janela de congestionamento é 8000 Bytes. Sucessivamente, W envia três segmentos com 3000, 1000 e 4000 Bytes de dados, como mostra a figura. Após receber o primeiro Ack, envia mais três segmentos, com 1000, 3000 e 2000 Bytes de dados. Após receber o segundo Ack, envia mais alguns segmentos, o primeiro deles com 4000 Bytes de dados Para o caso de W se encontrar na fase Slow-Start; a-1) Qual o número máximo, N, de Bytes de dados que W pode ainda enviar? a-2) Quantos segmentos necessitará, no mínimo, para o fazer? 7.2. Para o caso W se encontrar na fase Congestion-Avoidance; b-1) Qual o número máximo, N, de Bytes de dados que W pode ainda enviar? b-2) Quantos segmentos necessitará, no mínimo, para o fazer? R: A: Em Slow-Start, a Janela de Congestão aumenta, por cada MSS confirmado, 1*MSS. No instante N, estão confirmados ( =) 9000 bytes = 2,25 MSS. Pelo que a Janela aumentou de 2*MSS: ficou em (8000+2*4000=) Como, após aqueles 9000 bytes, W enviou ( =) 9000 bytes, W pode ainda enviar ( =) 7000 bytes, em 2 Segmentos, de 4000 e 3000 bytes. B. Em Congestion Avoidance, a Janela de Congestão aumenta, por cada MSS confirmado, x% de MSS, em que % é a porção da Janela já confirmada. O 1º Ack confirma 4000 bytes (=1*MSS - que é 50% da Janela inicial); então, a Janela aumenta 50% de MSS, ficando ( *0,5=) O 2º Ack confirma 5000 bytes (isto é, 1,25 MSS; repare-se que 1*MSS é 40% da Janela actual); então, a Janela aumenta 40% de MSS, passando a ser ( *0,4=) bytes. Como após aqueles 9000 bytes W enviou entretanto ( =) 9000 bytes, W pode ainda enviar ( =) 2600 bytes, em 1 Segmento. 8. [08E1.13] Considere uma ligação TCP entre W e E, através da Internet. Os segmentos TCP têm comprimento MSS=125 bytes, e RTT=10 mseg. Sabe-se ainda que o bottleneck entre ambos (isto é, a capacidade máxima disponível no caminho entre ambos) é de 1 Mbps Qual é o tamanho máximo da janela de congestionamento? 8.2. Quanto tempo demora ela a atingir esse tamanho (admitindo-se que até isso acontecer o transmissor permanece na fase SlowStart)? (Se não fez a alínea anterior, considere que a resposta tenha sido 13) R1: 11, pois, idealmente (cfr TCP27.d), (W-1)*T Xmt=RTT, com T Xmt= MSS/C W=RTT*C/MSS+1=0,01*106/(125*8)+1=11. T Xmt = 1ms R2: 46 ms, que se obtém de (cfr TCP27.e) T=(T Xmt+RTT)*4+2 * T Xmt = (1+10)*4+2*1 ms 9. [07E2.3] Considere os dois métodos seguintes de resposta de um nó (router) ao congestionamento: 9.1. o nó descarta aleatoriamente pacotes antes da fila estar cheia; 9.2. o nó espera até a fila estar cheia e descarta todos os pacotes seguintes. Explique porque é que, para uma fonte, é provavelmente mais rápido detectar as perdas provocadas pelo primeiro método do que aquelas provocadas pelo segundo. R: Para TCP, os eventos interpretados como perdas são: timeout e Acks duplicados; aqueles que conduzem a uma reacção menos rápida são os timeout. Comparando os dois métodos acima de resposta do "router",

3 Prof V Vargas, IST Controlo de Congestão em TCP 03/11/11, Page 3 of 27 - em 1), o nó descarta um pacote, seja P desc - mas aleatoriamente, isto é, um ou mais dos pacotes seguintes podem não vir a ser descartados; então, é algo provável chegarem ao destino alguns dos pacotes que a fonte transmitiu após P desc; irão ser "confirmados" por Ack duplicados - cuja recepção pela fonte a levará a concluir que P desc se perdeu - em 2), o nó descarta um pacote, seja P desc - e continua descartando os seguintes; então, é provável não chegarem ao destino os pacotes transmitidos após P desc; só quando o timeout expirar é que a fonte concluirá que ele se perdeu 10. Suponha que uma aplicação no computador W estabelece uma conexão-tcp com uma aplicação no computador E para receber o conteúdo de um ficheiro. O ficheiro tem bytes; os segmentos de dados têm 1000 bytes de dados. Os computadores estão ligados por um canal full-duplex com débito 8 Mbps e um atraso de ida e volta de RTT = 7 mseg. Pretende-se estimar a latência na recepção do ficheiro (intervalo de tempo desde que o cliente inicia o pedido até que recebe o ficheiro na sua totalidade). Considere o seguinte modelo simplificado (excepto quando fôr explicitamente indicado um outro comportamento): - o pedido de transferência feito pelo cliente segue juntamente com o terceiro segmento do estabelecimento da conexão; - é enviado um segmento de confirmação (Acknowledge, abreviadamernte: Ack) por segmento bem recebido; - a janela de emissão é apenas limitada pelos mecanismos de controlo de congestionamento, isto é, o mecanismo de controlo de fluxo não intervém (os buffers na recepção são ilimitados); - o protocolo TCP usa o mecanismo de controlo de congestionamento estudado nas aulas; - não ocorrem erros nem perdas; - o receptor não descarta segmentos recebidos fora de ordem; - os cabeçalhos têm dimensão desprezável; - o tempo de transmissão dos segmentos que não contêm dados (estabelecimento, pedido do ficheiro e Ack s) é desprezável Admita que todos os segmentos são transmitidos durante a fase de arranque lento ( slow start ), isto é, o limiar a partir do qual se inicia a fase de congestion avoidance nunca é atingido; Admita que se perdem: o Segmento 6 e os Ack's dos Segmentos 8 a 11; o timeout utilizado é de 13 mseg Admita que se perde o Segmento 6; utiliza-se a versão TCP-Tahoe; Admita que se perde o Segmento 6; utiliza-se a versão TCP-Reno; Resolução (1): Conforme ao método seguido na resolução de problemas similares, a primeira etapa é: desenhar um diagrama temporal que esquematize fielmente a situação descrita. O diagrama temporal apresenta-se em TCP21.a. W começa por estabelecer uma conexão com E; isso envolve a troca de dois segmentos, SYN (connect) e SYNAck (accept). Logo após, envia um segmento (simbolicamente, Get), referindo o ficheiro que pretende. E devolve esse ficheiro num total de 20 (=20000/1000) segmentos; cada um deles demora T Xmt=1000*8/(8*10 6 ) seg=1 mseg a ser transmitido. - De início, E encontra-se na fase Slow-Start - pelo que o tamanho da sua janela (entenda-se: janela de congestão) é de, apenas, w=1: envia o 1º segmento, {S 1} - e aguarda (Nota: no presente contexto, em que o tamanho dos segmentos é fixo (1000 bytes), subentende-se: w é dado em "segmentos"). - Quando S 1 chega a W, a entidade TCP devolve Ack 2 - que adverte: W já está esperando o 2º Segmento, os anteriores-a-s 2 já foram todos bem recebidos! - Quando Ack 2 chega a E, este (descarta-se de S 1 e), incrementa (de 1) o tamanho da janela - ficando w=2: envia os segmentos {S 2 e S 3} - e aguarda (Recorde-se: na fase Slow-Start, o tamanho da janela de congestão é incrementado de 1 por cada Ack fresco recebido - com esta consequência: se, em dado momento, ele é w - permitindo o envio de w segmentos -, então, quando forem recebidos os Ack's de todos esses segmentos, ele duplica, passará a ser 2*w). - Quando S 2 e S 3 chegam a W, este devolve Ack 3 e Ack 4. - Quando Ack 3 chega a E, este incrementa (de 1) o

4 Prof V Vargas, IST Controlo de Congestão em TCP 03/11/11, Page 4 of 27 tamanho da janela, ficando w=3: envia {S 4 e S 5} (Note-se: w=3 significa que podem ficar por confirmar um máximo de 3 segmentos; como está ainda por confirmar a recepção do segmento S 3, podem ser enviados apenas mais dois segmentos). - Quando S 4 e S 5 chegam a W, este devolve Ack 5 e Ack 6. - Quando Ack 4 chegar a E, este incrementa (de 1) o tamanho da janela, ficando w=4: envia {S 6 e S 7}. - Quando S 6 e S 7 chegam a W, este devolve Ack 7 e Ack 8. - Quando {Ack 5, Ack 6, Ack 7 e Ack 8} chegam a E, este incrementa o tamanho da janela, ficando sucessivamente w={5, 6, 7 e 8}: E envia, sucessivamente, {S 8 e S 9}, {S 10 e S 11}, {S 12 e S 13} e {S 14 e S 15}. - Quando {S 8,, S 15} chegam a W, este devolve {Ack 9,, Ack 16}. - O resto adivinha-se: à medida que os Ack's chegam a E, este incrementa o tamanho da janela e envia sucessivamente {S 16 a S 20}. A janela de E evolui (roda e o seu tamanho altera-se) pari passu com a chegada de Ack's a E, cfr TCP21.b: [1] [2 3] [3 4 5] [ ] [ ] [ ] Na prática, E despacha uma janela com 1 segmento, {1}; depois, despacha uma janela com 2 segmentos {2-3}; depois, uma janela de 4 segmentos {4-7}; e, no fim, os 13 segmentos {8-20} que restam para perfazer os 20 segmentos em que se volve o ficheiro. Entre duas janelas consecutivas, E fica bloqueado (isto é, sem transmitir) algum tempo: - entre o termo do envio de S 1 e o começo do envio de S 2, E fica bloqueado wait=rtt=7; - entre o termo do envio de {S 2-S 3} e o começo do envio de S 4, E fica bloqueado wait=rtt-t Xmt=6; - entre o termo do envio de {S 4-S 7} e o começo do envio de S 8, E fica bloqueado wait=rtt-3*t Xmt=4 E vai ficando bloqueado um período de tempo cada vez menor. Mais genericamente, fica bloqueado RTT-(w-1)* T Xmt. Existe um valor w que torna nulo esta expressão: a partir desse valor, E deixa de ficar bloqueado! Esse valor é w=rtt/t Xmt+1=8: entre o termo do envio de {S 8-S 15} e o começo do envio de S 16, E fica bloqueado wait=0 (=RTT-7*T Xmt) mseg. O significado físico é o seguinte: Ack 9 chega a E exactamente no instante em que E esgota a sua janela; como essa chegada re-abre essa janela, E, após o envio de S 15, não chega a ficar bloqueado: prossegue de imediato com a transmissão de {S 16 e S 17} - e, continuamente, com a transmissão de todos os segmentos restantes, {S 18 a S 20}, sem qualquer paragem. A partir do diagrama temporal TCP21.a, a resposta à questão proposta (qual o tempo de latência?), volve-se em simples geometria euclideana: trata-se de determinar quanto tempo medeia entre T 0 e T 6. Ele será o somatório dos tempos parciais {T 0 a T 1}, {T 1 a T 2}, {T 2 a T 3}, {T 3 a T 4}, {T 4 a T 5} e {T 5 a T 6}. Repare-se: - {T 0 a T 1} e {T 1 a T 2} são, ambos, RTT; - entre T 2 e T 3, i.e., a chegada do primeiro bit da primeira janela ({S 1}) e a chegada do primeiro bit da janela seguinte({s 2-S 3}), decorret Xmt+RTT; asserções idênticas podem fazer-se a respeito dos tempos parciais {T 3 a T 4}, {T 4 a T 5}; - entre T 5 e T 6, i.e., entre a chegada do primeiro bit da última janela e a chegada do seu último bit, decorre 13*T Xmt. O tempo de latência vem então a ser: T = 2 * RTT + ( T Xmt + RTT ) * 3 + ( 13 * T Xmt ) = 51 mseg. Nota: num cenário real, 1) o receptor pode escusar-se a replicar com um Ack por cada Segmento recebido e 2) o Ack pode perder-se ou corromper-se. Então, à chegada de um Ack, w poderá ser incrementado - não de 1 -, mas do número de Segmentos que ele confirma; em particular, isso previne: - a possibilidade de o receptor utilizar um Ack para confirmar dois Segmentos, que não um só; - a eventualidade de o Ack se perder/corromper no caminho de regresso até à fonte dos Segmentos. Por ex., tendo E enviado a janela {S 4-S 7}, W poderá replicar com apenas dois Ack's {Ack 6 e Ack 8} - e o primeiro deles perder-se, por conseguinte chegando a W apenas o Ack 8; ele confirma, sozinho, a chegada de 4 Segmentos - por conseguinte habilitando à mudança do tamanho da janela, num ápice, de 4 para 8. Também num cenário real, os Segmentos não têm necessariamente um tamanho fixo; então, w poderá ser incrementado (de 1) apenas quando o número de bytes confirmados pelos Ack's precedentes atingir MSS. Também num cenário real, a confirmação é de bytes e, não, de segmentos. Resolução (2): Conforme ao método seguido na resolução de problemas similares, a primeira etapa é: desenhar um diagrama temporal que esquematize fielmente a situação descrita. O diagrama temporal apresenta-se em TCP22.a.

5 Prof V Vargas, IST Controlo de Congestão em TCP 03/11/11, Page 5 of 27 O diagrama é semelhante a TCP21.a até ao momento em que E envia a janela {S 4-S 7}: acontece que, agora, S 6 se perde - e, por conseguinte, - não apenas a entidade TCP em W não pode confirmar (com {Ack 7}), a recepção de S 6 - como, ao receber S 7, ela permanece devolvendo Ack 6 - não caindo na asneira de devolver Ack 8 - que para E significaria que W já recebeu todos os segmentos até S 8, exclusivé - o que não é verdade - Resumindo: quando {S 4, S 5 e S 7} chegam a W, este devolve Ack 5, Ack 6 e Ack 6. - Quando {Ack 5 e Ack 6} chegam a E, este incrementa a janela, ficando sucessivamente w={5, 6}: E envia {S 8 e S 9} e {S 10 e S 11}; quando o segundo Ack 6 chega a E, o tamanho da janela não se altera, nem se enviam outros segmentos. - Quando {S 8 - S 11} chegam a W, este devolve quatro Ack 6s, que, de acordo com o enunciado, se perdem. Não recebendo Ack's frescos, o relógio em E expira. Abra-se um parêntesis para rever a política de relógio de retransmissão do TCP: - quando, nomeadamente, E recebe Ack 5, que confirma a chegada a W de S 4, E cancela o relógio - mas, recordando que tem pendente de confirmação outros segmentos (concretamente {S 5-S 7}), re-arma-o; - quando E recebe Ack 6, que confirma a chegada a W de S 5, E volta a cancelar o relógio - mas, recordando que ainda tem pendente de confirmação os segmentos {S 6-S 7}, arma-o de novo; - quando E recebe o segundo Ack 6, E repara que ele confirma a recepção de um segmento cuja recepção já havia sido confirmada - pelo que não mexe no relógio. Resumindo: o relógio vem a expirar Timeout =13 mseg após o último Ack fresco (i.e., não duplicado) recebido. - Quando o relógio expira, E leva a efeito o seguinte: memoriza em SSThreshold o valor que resulta de dividir por 2 o tamanho da janela actual (i.e., memoriza SSThreshold = 3); fixa w=1; envia o Segmento mais antigo ainda por confirmar - no caso, S 6. Entra na fase Slow-Start, - Quando S 6 chega a W, a entidade TCP devolve Ack 12 - querendo com isso advertir: W já está esperando o Segmento S 12, os anteriores-a-s 12 já foram todos bem recebidos! - Quando Ack 12 chega a E, este, conforme à política Slow-Start, incrementa (de 1) o tamanho da janela - ficando w=2: envia {S 12 e S 13} - e aguarda - Quando S 12 e S 13 chegam a W, este devolve Ack 13 e Ack Quando Ack 13 chega a E, este incrementa (de 1) o tamanho da janela - ficando w=3: envia {S 14 e S 15} - e aguarda - Acentue-se: o tamanho da janela de E passou a ser w=3 - que é o valor memorizado em SSThreshold. Então, quando Ack 14 chega a E, este abandona a fase Slow-Start - ingressando na fase Congestion-Avoidance. O tamanho da janela é incrementado de, apenas, 1/3 - ficando w=3+1/3 - que não permite enviar senão um segmento mais, S 16 (Recorde-se: na fase Congestion-Avoidance, se, em dado momento, o tamanho da janela de congestão vale w - permitindo enviar w segmentos -, ela é incrementada de 1/w por cada Ack fresco recebido; quando forem recebidos os Ack's de todos esses w segmentos, a janela incrementou de 1). - Quando {S 14 - S 16} chegam a W, este devolve Ack 15 - Ack Quando Ack 15 e Ack 16 chegam a E, este, por cada um, incrementa o tamanho da janela de 1/3 - ficando w=4; sucessivamente, envia {S 17} e {S 18 - S 19}. - Quando Ack 17 chega a E, este incrementa o tamanho da janela de 1/4 - ficando w=4+1/4 - que não permite enviar senão um segmento mais, S 20 A janela de E evolui pari passu com a chegada de Ack's a E - e o expirar do relógio, cfr TCP22.b.

6 Prof V Vargas, IST Controlo de Congestão em TCP 03/11/11, Page 6 of 27 A partir do diagrama temporal TCP22.a, a resposta à questão proposta (qual o tempo de latência?), volve-se em simples geometria euclideana: será o somatório de um conjunto de tempos parciais Seguindo um raciocínio análogo àquele que acompanhou a resolução da alínea anterior, o tempo de latência vem então a ser: T = 2 * RTT + ( T Xmt + RTT ) * 3 + ( T Xmt + Timeout ) + ( T Xmt + RTT ) * 3 + ( 4 * T Xmt ) = 80 mseg. Nota 1: quando w atinge SSThreshold (no caso, aquando da chegada de Ack 13), a entidade-tcp é livre de escolher entre: ingressar de imediato na fase Congestion-Avoidance (como se optou acima) ou manter-se na fase Slow-Start (por conseguinte fixando w=4, e não w=3+1/3, à chegada de Ack 14); mas, desde que w se torne superior a SSThreshold, é obrigatório o ingresso na fase Congestion-Avoidance. Nota 2: num cenário real, w é dado em bytes; quando o timeout ocorre, o SSThreshold é fixado em metade do número de bytes ainda por confirmar (e não em metade do valor actual de w). Nota 3: em rigor, se, na fase Congestion-Avoidance, a regra em vigor fôr incrementar w de 1/w por cada Segmento confirmado, então a evolução de w será algo diferente da apresentada: esta deve ser vista somente como uma aproximação; em particular, quando se receberem os Ack's de todos os segmentos de uma janela, aquela regra não resulta num incremento total de 1! Considere-se por ex., que, sendo w=3, se enviaram 3 segmentos; quando chegar o Ack do primeiro deles, passará a ser w=3+(1/3)=10/3; quando chegar o Ack do segundo, passará a ser 10/3+3/10=109/30 - e, não, 3+(2/3); e, quando chegar o Ack do terceiro, passará a ser 109/30+30/109=12781/3270 3,9 que é menor que 3+(3/3)=4! Resolução (3): Conforme ao método seguido na resolução de problemas similares, a primeira etapa é: desenhar um diagrama temporal que esquematize fielmente a situação descrita. O diagrama temporal apresenta-se em TCP23.a. O diagrama é semelhante a TCP22.a até ao momento em que E recebe os Ack's dos Segmentos 8 a 11: E recebe um total de seis Ack 6: um fresco e cinco duplicados - pelo que, vigorando a versão TCP-Tahoe, o timeout não chega a expirar. Ao receber o terceiro duplicado, a entidade-tcp em E procede como se o timeout tivera expirado nesse momento: memoriza em SSThreshold o valor que resulta de dividir por 2 o tamanho da janela actual (i.e., memoriza SSThreshold =3); fixa w=1;

7 Prof V Vargas, IST Controlo de Congestão em TCP 03/11/11, Page 7 of 27 envia o Segmento mais antigo ainda por confirmar - no caso, S 6. Entra na fase Slow-Start O resto adivinha-se, cfr fig TCP23.a. A janela de E evolui pari passu com a chegada de Ack's a E - e a chegada do 3º duplicado, cfr TCP23.b. A partir do diagrama temporal TCP23.a, a resposta à questão proposta (qual o tempo de latência?), volve-se em simples geometria euclideana: será o somatório de um conjunto de tempos parciais Seguindo um raciocínio análogo àquele que acompanhou a resolução das alíneas anteriores, o tempo de latência vem então a ser: T = 2 * RTT + ( T Xmt + RTT ) * 3 + ( 2 T Xmt + RTT ) + ( T Xmt + RTT ) * 3 + ( 4 * T Xmt ) = 75 mseg. Resolução (4): Conforme ao método seguido na resolução de problemas similares, a primeira etapa é: desenhar um diagrama temporal que esquematize fielmente a situação descrita. O diagrama temporal apresenta-se em TCP24.a. O diagrama é semelhante a TCP23.a até ao momento em que E recebe o terceiro duplicado de Ack 6: a entidade-tcp em E continua a memorizar em SSThreshold o valor que resulta de dividir por 2 a janela actual (i.e., memoriza SSThreshold =3); mas fixa w=ssthreshold+3=6. Entra na fase Slow-Start Quando chega o quarto duplicado de Ack6, w incrementa (de 1), para 7 - o que permite o envio de um Segmento mais, S 12; e quando chega o quinto duplicado, w incrementa de novo, permitindo o envio de S Quando S 6 e {S 12 e S 13} chegam a W, este devolve Ack 12 e {Ack 13 e Ack 14}. - Quando Ack 12 chega a E, este repara que se trata do primeiro Ack fresco após o 3º duplicado, pelo que: fixa w=ssthreshold=3 e envia o segmento {S 14} - e ingressa na fase Congestion-Avoidance; - Quando {Ack 13 e Ack 14} chegam a E, a janela é incrementada, de cada vez, de, apenas, 1/3 - ficando sucessivamente w={3+1/3 e w=3+2/3} - que não permite enviar senão dois segmento mais, {S 15 e S 16} O resto adivinha-se, cfr fig TCP24.a. A janela de E evolui pari passu com a chegada de Ack's a E - incluindo o 3º duplicado e seguintes, cfr TCP24.b. A partir do diagrama temporal TCP24.a, a resposta à questão proposta (qual o tempo de latência?), volve-se em simples geometria euclideana: será o somatório de um conjunto de tempos parciais Seguindo um raciocínio análogo àquele que acompanhou a resolução das alíneas anteriores, o tempo de latência vem então a ser: T = 2 * RTT + ( T Xmt + RTT ) * 3 + ( 2 T Xmt + RTT ) + ( T Xmt + RTT ) * 2 + ( 4 * T Xmt ) = 67 mseg. 11. [08T1.8] Um cliente pretende fazer o download de um ficheiro de tamanho bytes, usando o protocolo TCP-Reno através de uma única ligação. Assuma que o pedido de transferência feito pelo cliente segue juntamente com o terceiro segmento da fase de estabelecimento da sessão TCP. Desprezam-se quaisquer tempos de processamento no cliente e no servidor. Considere que: (i) os segmentos TCP com dados são de dimensão L=1000 bytes e o comprimento dos cabeçalhos (de todos os protocolos da pilha) é desprezável; (ii) a ligação tem um débito R=8 Mbit/s e o atraso de ida-e-volta é RTT = 20 ms (o RTT está exactamente repartido, isto é, o tempo de ida é 10 ms e o tempo de volta é 10 ms); (iii) sómente os pacotes com dados não têm tempos de transmissão desprezáveis; (iv) é enviado um segmento de confirmação (ACK) por cada segmento bem recebido; (v) a janela TCP de emissão no servidor é apenas limitada pelos mecanismos de controlo de congestionamento (isto é, os buffers na recepção do cliente são ilimitados); (vi) nesta implementação, os segmentos que forem recebidos fora de ordem são aceites pelo receptor; (vii) o limiar (threshold) entre a fase slow-start e a fase congestion avoidance é 8; (viii) o valor do timeout é de 45 ms. Suponha que durante a transmissão não há perdas nem erros nos segmentos TCP, mas ocorre um atraso adicional de 22 ms no segmento 15 (portanto, decorre um tempo total de 22+10=32 ms, desde que termina o envio do segmento 15 pelo emissor até este ser totalmente recebido pelo receptor). Apresente um diagrama temporal que ilustre a sequência de segmentos trocados (e respectivos ACKs) até que o ficheiro seja totalmente recebido pelo cliente. Calcule o tempo necessário até à completa recepção do ficheiro pelo cliente, medido desde o instante em que o cliente inicia o estabelecimento da ligação. No diagrama, indique os valores para a janela de congestionamento do servidor. R: O Tempo de transmissão de cada segmento é: T Xmt=1000*8/(8*10 6 ) seg= 1 mseg. Há que transmitir 25000/1000=25 segmentos.

8 Prof V Vargas, IST Controlo de Congestão em TCP 03/11/11, Page 8 of 27 Em TCP27.a, esquematiza-se a evolução da transferência. Pelo que o tempo necessário é: T=7*RTT+12*TXmt=7*20+12*1=152 mseg. O valores de w pautam a evolução (aproximada) da janela de congestionamento do servidor. 12. Considere um comportamento dinâmico idealizado para uma sessão TCP, no qual um, e um só, segmento é perdido quando a janela de congestão atinge o valor W segmentos Mostre que a fracção de segmentos perdidos vem dada por L=1/[3/8 W 2 + 3/4 W] Use o resultado anterior para mostrar que, se a fracção de perda de segmentos é L, então o débito da sessão é aproximadamente igual a R =1.22 MSS / RTT 1/ L Resolução: Em TCP09.a, encontra-se um diagrama temporal que esquematiza a evolução da janela de congestão. Nele, foi tido em consideração o seguinte: - no instante T 0, a janela de congestão atinge o valor W; um segmento é perdido pelo que, - no instante T 1, a janela de congestão é reduzida para metade, W/2; - em T 2, a janela de congestão é incrementada de 1, para W/2+1; - sucessivamente, a janela vai sendo incrementada de 1, para W/2+2, W/2+3, - até que, em T 5, a janela de congestão volta a atingir o valor W, de novo se perdendo um segmento e de novo se reduzindo a janela a W/2 e de novo se reproduzindo o "ciclo" acima Entre T 1 e T 5, inclusivé, o número de segmentos perdidos foi apenas de 1 (aconteceu precisamente em T 5). Em ordem a determinar que fracção é que isso representa, há que determinar o número total de segmentos enviados entre T 1 e T 5. Por conferência do diagrama, deduz-se que ele é de N TotalDeSegmentos = W/2 + (W/2+1) + (W/2+2) + + (W-1) + W. Esta é uma expressão bem conhecida: é a soma dos primeiros W/2+1 termos de uma sucessão aritmética, de expressão geral u(n): W/2+n-1 (repare-se que o número de termos envolvidos, que é aliás o número total de janelas enviadas, é de N Janelas =W-(W/2)+1, que se volve em W/2+1); por manipulações aritméticas triviais, chega-se a N TotalDeSegmentos=[(u 1+u n)/2]*n=(w/2+w)*(w/2+1)/2=3w 2 /8+3W/4. A fracção de segmentos perdidos, L, é, pois, de 1/N TotalDeSegmentos=1/[3W 2 /8+3W/4]. Quanto à avaliação do débito da sessão, uma olhadela ao diagrama temporal patenteia um "ciclo", entre T 0 e T 5, que se repete indefinidamente Entre T 1 e T 2, foram enviados W/2 segmentos, cada um com MSS (MessageSegmentSize) bits; o débito nesse intervalo de tempo é então de W/2*MSS/(T 2-T 1) bps. Já entre T 2 e T 3, foram enviados W/2+1 segmentos; o débito nesse intervalo de tempo será então de (W/2+1)*MSS/(T 3-T 2) bps. Claramente, o débito está variando ao longo da sessão Ainda assim, poder-se-á avaliar o débito médio: bastará determinar quantos bits foram enviados durante aquele ciclo, T 0 a T 5, e qual a duração deste - e proceder à respectiva razão: DébitoMédio=NúmeroDeBitsTransmitidos/(T 5-T 0). - conhecido o número total de segmentos transmitidos e o tamanho em bits de cada um, o numerador da fracção acima volve-se em N TotalDeSegmentos * MSS;

9 Prof V Vargas, IST Controlo de Congestão em TCP 03/11/11, Page 9 of 27 - já quanto ao denominador, repare-se que o período de tempo entre T 0 e T 1 (ou T 1 e T 2, etc) é aproximadamente RTT; pelo que o período de tempo entre T 0 e T 5 é de RTT* (W/2+1). O débito da sessão é então de N TotalDeSegmentos * MSS/[ RTT* (W/2+1)]. Da expressão acima deduzida, L=1/[3W 2 /8+3W/4], retira-se W 2 +2W=8/(3L), e, por conseguinte, W= 1+ [1+8/(3L)]. O débito médio da sessão será, então, e recordando que N TotalDeSegmentos=(W/2+W)*(W/2+1)/2=(3W/4)*(W/2+1), Comentário a propósito: A resolução acima baseou-se num modelo ultra-simplificado. Por mor de uma maior aproximação à realidade, é hora de apresentar um diagrama temporal do fluxo de segmentos trocados; ele encontra-se na figura TCP09.b. Nele, foi tido em consideração o seguinte: - está-se recorrendo à filosofia Selective-Repeat; - quando chega a B o Segmento que se aguarda, B espera algum tempo pelo segmento seguinte, para, com um único Ack, confirmar a chegada de dois segmentos Designe-se por C w a Janela de Congestão; e admita-se que A se encontra no estado Congestion Avoidance. A evolução no tempo, a partir do momento em que se verifica C w=7, é como segue: - A envia 7 (sete) segmentos {S 0 - S 6} a B; - à chegada de S 0, B aguarda; quando chegar S 1, B devolve Ack 2 - de uma maneira análoga, B devolve Ack 4, Ack 6, Ack 7 - à chegada de Ack 2 - que confirma a boa recepção de dois segmentos -, A envia {S 7 - S 8}; sucessivamente, A envia {S 9 - S 10} e {S 11 - S 12}; mas, quando chega Ack 7, a Janela de Congestão aumenta para C w=8, e A envia {S 13 - S 14} - admita-se que S 14 se perde (devido a mecanismos de controlo de congestão, a rede "apaga-o") - em virtude da chegada de S 7 e S 8, S 13, B devolve Ack 9, Ack 11, Ack 13 e Ack 14 - à chegada de Ack 9, A envia {S 15 - S 16}; sucessivamente, A envia {S 17 - S 18} e {S 19 - S 20}; e, quando chega Ack 14 A envia { S 21} - à chegada de qualquer destes sete segmentos, B ainda continua aguardando S 14 - pelo que replica, a cada um deles, com Ack 14 - quer dizer: A, irá receber sete Ack 14 : todos eles são duplicados do primeiro Ack 14 recebido! Quando A receber o terceiro desses duplicados, executa o procedimento "fast retransmit": retransmite de imediato o segmento S 14; adicionalmente, fixa Threshold=C W/2 e C W=Threshold=4. O procedimento será similar quando A receber mais três desses duplicados: retransmite de novo S 14; ademais, fixa Threshold=C W/2 e C W=Threshold=2. - à chegada do primeiro destes segmentos S 14, B está-o aguardando Pelo que o aceita e, verificando que já recebeu até S 21, devolve Ack 22 Quando chegar o segundo desses segmentos S 14, B descarta-o, mas devolve de novo Ack 22 - à chegada do primeiro destes Ack 22, A actualiza a sua Janela de Congestão: fica sendo C w=3 Pelo que envia três segmentos {S 22-S 24} À chegada do segundo Ack 22, A limita-se a registar que foi recebido um duplicado Nota: o leitor não deverá estranhar que a Janela de Congestão aumente de C w=2 para C w=3 Há que reparar, em primeiro lugar, que o número de segmentos confirmados por Ack 22 é de 22-14=8 Ora, a janela C w=2 cobria os segmentos {S 14 - S 15}; bastaria a recepção de um Ack confirmando 2 segmentos para ela aumentar para C w=3. Na figura, é patente que, entre o momento em que C w atinge o seu valor máximo, W=8, e o momento em que C w=w/2, existe um período transitório - que não foi considerado na determinação do valor L acima. Pelo que, ao valor L acima deverá então adicionar-se o seguinte: - W-1 segmentos (aqueles que correspondem em TCP09.b à sequência {S 15-S 21}); - d = Int [(W-1)/3] segmentos (aqueles que correspondem em TCP09.b à sequência {S 14-S 14}); - j segmentos (aqueles que correspondem em TCP09.b à sequência {S 22-S 24}). (Para o cálculo de j, convém determinar qual o menor valor atingido por C w no período de transição; genericamente, será C w =W/2 d Postulando que 1 C w, deduz-se que, para 9<W, o mínimo de C w é de 1; então, para 9<W, j deverá ser W/2-1, que se volve em j=(w/2+1)*(w/2-2)/2 )

10 Prof V Vargas, IST Controlo de Congestão em TCP 03/11/11, Page 10 of 27 O leitor poderá verificar qual a dimensão do período transitório em outras situações, como sejam: aplicação de GoBack-N, que não SelectiveRepeat; perda de Ack do último segmento de uma janela, em vez do próprio segmento detecção de perda por timeout, e não por detecção de três duplicados de um Ack 13. Pretende transmitir-se um ficheiro de tamanho 50 Mbit usando segmentos de dimensão 500 kbit através de uma única ligação de capacidade 50 Mbps. O tempo de ida e volta da ligação, RTT, é de 100 ms Determine o tempo que decorre entre o pedido e a recepção de todo o ficheiro se a aplicação de transferência de ficheiros usar o protocolo de transporte UDP Suponha agora que a aplicação de transferência usa como protocolo de transporte uma versão modificada do TCP que executa apenas uma fase de congestion-avoidance com janela inicial de 8 segmentos. Esboce um diagrama temporal da troca de segmentos e determine o tempo que decorre desde o instante em que a aplicação faz o pedido até que recebe todo o ficheiro Suponha agora que a aplicação de transferência de ficheiros pode pedir a abertura de 2 ligações TCP independentes transferindo metade do ficheiro em cada uma delas. Considere o TCP modificado descrito na alínea anterior. Determine, tal como atrás, o tempo que decorre desde o instante em que a aplicação faz o pedido até que recebe todo o ficheiro. Note que a capacidade disponível para cada ligação TCP é reduzida a metade relativamente à alínea anterior. 14. [06E3] Um cliente pretende fazer o download de um ficheiro de tamanho bytes, usando o protocolo TCP através de uma única ligação. Considere que: (i) os segmentos TCP com dados são de dimensão L=1000 bytes; (ii) a ligação tem um débito R=8 Mbit/s e o atraso de ida e volta é RTT=20 ms Considere que o limiar entre a fase de slow-start e a fase de congestion avoidance da sessão TCP é 8. Suponha que durante a transmissão, o segmento 29 se perde e que essa perda é detectada por timeout (considere um intervalo de expiração de 20 ms). Assuma também que todos os segmentos que forem recebidos fora de ordem são descartados pelo receptor e que não se verificam mais perdas até ao final da transmissão. Apresente um diagrama temporal que ilustre a sequência de segmentos trocados até que o ficheiro seja totalmente recebido pelo cliente. Calcule o tempo necessário até à completa recepção do ficheiro pelo cliente (medido desde o instante em que o cliente inicia o estabelecimento da ligação). R: T=2 * RTT + (T Xmt+RTT)*6+4 T Xmt +(T Xmt +RTT)*4+5 T Xmt = =259 mseg (cfr TCP15.a) Suponha agora que a janela do cliente está limitada a 15 segmentos e que o ficheiro a transmitir tem um tamanho infinito. Diga, justificando, qual o valor máximo de atraso de ida e volta (RTT) que a ligação deveria ter para se conseguir, a longo termo, uma eficiência de utilização do caminho de 100 %. R: RTT =(15-1)*T Xmt W=14 (cfr TCP15.b) 15. Suponha que uma aplicação no computador A pretende enviar o conteúdo de um ficheiro para uma aplicação no computador B. O ficheiro tem bytes. Os computadores estão ligados por uma linha com débito R = 4 Mbps, com um atraso de ida e volta de RTT = 5 ms, tendo os segmentos TCP uma dimensão máxima de S = 500 bytes. Admita que já são enviados dados no terceiro segmento do estabelecimento da ligação TCP. Ilustrando

11 Prof V Vargas, IST Controlo de Congestão em TCP 03/11/11, Page 11 of 27 cada situação com um diagrama temporal, qual o tempo mínimo para o ficheiro ser totalmente recebido em B, incluindo o estabelecimento de ligação, nas seguintes condições: O TCP não utiliza mecanismos de controlo de congestionamento (nem fase de arranque lento, "slowstart", nem fase de "congestion avoidance") O TCP utiliza o mecanismo de arranque lento ("slow-start"), mas não usa o mecanismo de "congestion avoidance" O TCP utiliza o mecanismo de arranque lento ("slow-start"), mudando para a fase de "congestion avoidance" quando a janela atinge os 4 segmentos. 16. [05T1] Uma aplicação de transferência de ficheiros funciona no modo cliente servidor e usa o protocolo TCP no nível de transporte. A parte cliente da aplicação pretende copiar, do servidor, um ficheiro. Na comunicação dos dados usam-se segmentos de dimensão 500kbit através de uma única ligação de capacidade 50Mbps. O tempo de ida e volta da ligação, RTT, é de 50ms. Para cada um dos seguintes casos, apresente um diagrama temporal, aproximadamente à escala, que ilustre a sequência de segmentos trocados até que todo o ficheiro é recebido, e determine a latência desta transferência Suponha que o TCP está, durante toda a comunicação de dados, na fase de arranque lento ( slow-start ), e que o ficheiro a transmitir tem 7 Mbit Admita agora que o TCP inicia o seu funcionamento na fase de arranque lento ( slow-start ) mas que, quando a janela de congestionamento atinge o valor de 4 segmentos, passa à fase de congestion avoidance Repita as duas alíneas anteriores, mas admitindo que o ficheiro a transmitir tem 10 Mbit. T Xmt =500k/50M=10 mseg R 1,2: Número de Segmentos: 7M/500k=14 Segmentos R 1: Dimensões das (4) Janelas transmitidas: Segmentos cada Latência: RTT + 4*(RTT+T Xmt)+6*T Xmt, = 350 mseg. R 2: Dimensões das (5) Janelas transmitidas: Segmentos cada Latência: RTT + 5*(RTT+T Xmt)+1*T Xmt, = 360 mseg. R 3: Número de Segmentos: 10M/500k=20 Segmentos R 31: Dimensões das (4) Janelas transmitidas: Segmentos cada Latência: RTT + 4*(RTT+T Xmt)+12*T Xmt, = 410 mseg. R 32: Dimensões das (5) Janelas transmitidas: Segmentos cada Latência: RTT + 5*(RTT+TXmt)+7*TXmt, = 420 mseg. 17. [05E1] Um cliente HTTP pretende fazer o download de 1 página constituída por 2 objectos: o objecto base com 1000 bytes e outro referenciado no objecto base com 2500 bytes. Pretende-se estimar a latência na recepção da página. Para isso há que estabelecer ligações TCP entre cliente e servidor. Considere que: (i) os segmentos TCP com dados são de dimensão S= 100 bytes; (ii) o canal entre emissor e receptor é full-duplex com débito R= bps e introduz um atraso de ida e volta RTT= 9 ms Admita que usa a versão 1.0 do protocolo HTTP. Qual é a latência na recepção da página obtida para o caso em que usa uma versão modificada do protocolo TCP com janela de emissão fixa de 25 segmentos? Continuando a supor utilização de HTTP1.0, admita agora que o protocolo TCP usa o mecanismo de controlo de congestionamento e todos os segmentos são transmitidos durante a fase de arranque lento ( slow-start ), isto é, o limiar a partir do qual se inicia a fase de congestion avoidance nunca é atingido. Apresente um diagrama temporal, aproximadamente à escala, que ilustre a sequência de segmentos trocados até que o objecto base seja recebido pelo cliente. Qual a latência na recepção da página (conjunto de 2 objectos)? Considere agora que usa a versão 1.1 do protocolo HTTP com possibilidade de pedidos em sequência ( pipelining ) nas condições definidas para o TCP na alínea anterior. Calcule a latência no download da página (conjunto de 2 objectos) Resolução (1): O diagrama temporal apresentado em TCP01.a descreve a situação considerada. O cliente-http começa por estabelecer uma conexão-tcp com o servidor-http; isso envolve a troca de dois segmentos, SYN (connect) e SYNACK (accept). Logo após, envia um request-http, referindo o primeiro Objecto; isso envolve um segmento-tcp. O servidor localiza o objecto referenciado, de 1000 bytes, e devolve-o numa response-http. A entidade TCP do servidor divide-a em segmentos com 100 bytes de dados cada, resultando um total de 1000/100=10

12 Prof V Vargas, IST Controlo de Congestão em TCP 03/11/11, Page 12 of 27 segmentos. Como dispõe de uma janela fixa de 25 segmentos, envia-os a todos de imediato. Quando o 10º segmento chegar ao Cliente, a entidade TCP local dá por terminada a construção da response-http, e passa-a ao programa de navegação. Este requere de imediato o segundo Objecto. O procedimento subsequente é análogo ao que se enuncia acima: estabelecimento de uma nova conexão-tcp, envio de request-http, referindo agora o segundo Objecto, devolução da pertinente response-http, através de 2500/100=25 segmentos. Quando o 25º segmento chegar ao Cliente, a entidade TCP local dá por terminada a construção da response-http, e passa-a ao programa de navegação. O tempo de latência vem então a ser (cfr o diagrama temporal): T = 2 RTT + T 1000Bytes+ 2 RTT + T 2500Bytes, em que RTT = 9 mseg e T NBytes = T TransmissãoDeNBytes = T RecepçãoDeNBytes = N*8/ seg=n/100 mseg, e por conseguinte T = 4 * 9 + ( )/100 = 36+35=71 mseg. Resolução (2): O diagrama temporal TCP01.b apresentado descreve a situação considerada. O cliente-http começa por estabelecer uma conexão-tcp com o servidor-http; isso envolve a troca de dois segmentos, SYN (connect) e SYNACK (accept). Logo após, envia um request-http, referindo o primeiro Objecto; isso envolve um segmento-tcp. O servidor localiza o objecto referenciado, de 1000 bytes, e devolve-o numa response-http. A entidade TCP do servidor divide-a em segmentos com 100 bytes de dados cada, resultando um total de 1000/100=10 segmentos. De início, dispõe de uma janela de w=1 segmento; pelo que envia apenas o 1º segmento. Quando este chegar ao Cliente, a entidade TCP devolve ACK. Quando este chegar ao Servidor, este incrementa (de 1) a janela, ficando w=2 segmentos; pelo que envia o 2º e 3º segmentos. Quando o 2º segmento chegar ao Cliente, é devolvido ACK. Quando este chegar ao Servidor, este incrementa (de 1) a janela, ficando w=3 segmentos; pelo que envia o 4º e 5º segmentos (Note-se: w=3 significa que podem ficar por confirmar um máximo de 3 segmentos; como está ainda por confirmar o 3º segmento, podem ser enviados apenas mais dois segmentos, concretamente o 4º e o 5º). Quando o 3º segmento chegar ao Cliente, é devolvido ACK. Quando este chegar ao Servidor, este incrementa (de 1) a janela, ficando w=4 segmentos; pelo que envia o 6º e 7º segmentos. Quando o 4º segmento chegar ao Cliente, é devolvido ACK. Quando este chegar ao Servidor, este incrementa (de 1) a janela, ficando w=5 segmentos; pelo que envia o 8º e 9º segmentos. Quando o 5º segmento chegar ao Cliente, é devolvido ACK. Quando este chegar ao Servidor, este incrementa (de 1) a janela, ficando w=6 segmentos; pelo que envia o 10º segmento. A evolução da janela de transmissão do Servidor é, pois, a seguinte: [1] [2 3] [3 4 5] [ ] [ ] [ ] Na prática, o Servidor despacha uma janela com 1 segmento, {1}; depois, despacha uma janela com 2 segmentos {2-3}; depois, uma janela de 4 segmentos {4-7}; e, no fim, os 3 segmentos {8-10} que restam para perfazer os 10 segmentos em que se volve o primeiro Objecto. Entre duas janelas consecutivas, o Servidor ficou bloqueado algum tempo: depois de enviar o último bit de {1}, ficou bloqueado RTT=9; após enviar o último bit de {2-3}, ficou bloqueado RTT- T 100Bytes=8; após enviar o último bit de {4-7}, ficou bloqueado RTT- 3*T 100Bytes=6 O tempo de latência para o primeiro Objecto vem então a ser: T = 2 RTT + (RTT + T 100Bytes)*3+ T 300Bytes, em que RTT = 9, T 100Bytes = 100/100 =1, T 300Bytes = 300/100 =3, e por conseguinte T = 5 * 9 + (1*3 + 3) = 51 mseg. O tempo de latência para o segundo Objecto calcula-se de uma forma análoga: Agora, o Servidor despacha uma janela com 1 segmento, {1}; depois, despacha uma janela com 2 segmentos {2-3}; depois, uma janela de 4 segmentos {4-7}; depois, uma janela de 8 segmentos {8-15}; e, no fim, os dez segmentos {16-25} que restam para perfazer os 25 segmentos em que se volve o segundo Objecto. O tempo de latência para o segundo Objecto vem então a ser: T = 2 RTT + (RTT + T 100Bytes)*4+ T 1000Bytes = 68 mseg O tempo de latência para os dois Objectos vem então a ser: 51+68=119 mseg.

13 Prof V Vargas, IST Controlo de Congestão em TCP 03/11/11, Page 13 of 27 Resolução (3): O diagrama temporal para a obtenção do primeiro Objecto não se altera. Já para o segundo Objecto, o diagrama temporal apropriado é aquele que se apresenta na fig TCP01.c. Concretamente: não é necessário estabelecer uma segunda conexão-tcp (pois se utiliza a versão 1.1 de HTTP); e, quando o Servidor começa a transmitir o segundo Objecto, a janela de transmissão do Servidor está a w=11 (Note-se que, na fase slow-start, a Janela de transmissão é sempre igual a 1 mais o número de segmentos confirmados - e, nesse momento, já foram recebidos 10 Acks). Este tamanho de janela, w=11, tem uma consequência importante: reparou-se já que, entre duas janelas consecutivas, o Servidor fica bloqueado um tempo sucessivamente menor, de 9, 8, 6 mseg Mais genericamente, fica bloqueado RTT-(w-1)*T 1000Bytes. Existe um valor w que torna nulo esta expressão: a partir desse valor, o Servidor deixa de ficar bloqueado! Esse valor é w=rtt/t 1000Bytes+1=10. Ora, w=11 é superior a 10; por conseguinte, aquando da transmissão do segundo Objecto, o Servidor não chega a ficar bloqueado: transmite os correspondentes segmentos sem qualquer paragem! Resumindo: agora, o Servidor despacha uma janela com 11 segmentos, {11-21}; e, logo após, sem qualquer interrupção, os 14 segmentos {22-35} que restam para perfazer os 25 segmentos em que se volve o segundo Objecto. O tempo de latência para o segundo Objecto vem então a ser: T = RTT + T 2500Bytes = 9+25 mseg O tempo de latência para os dois Objectos vem então a ser: 51+34=85 mseg. 18. Suponha que uma aplicação no computador A estabelece uma ligação TCP com uma aplicação no computador B para receber o conteúdo de um ficheiro. O ficheiro tem 8000 bytes, tendo os segmentos TCP uma dimensão máxima de S = 500 bytes. Os computadores estão ligados por uma linha com débito R = 4 Mbps, com um atraso de ida e volta de RTT = 4 ms. Admita que o TCP utilizado é uma versão experimental, em que apenas existe uma fase de arranque lento ("slow-start") que se inicia com uma janela de 1 segmento, mas que foi modificada por forma a que o factor de crescimento da janela de congestionamento por cada janela bem recebida seja 3 (e não 2 como nas versões habituais) Qual a dimensão mínima da janela do emissor, em número de segmentos, para que a transmissão seja contínua? Ilustrando a comunicação entre o computador A e o computador B com um diagrama temporal, determine o tempo necessário para o computador A receber o ficheiro (intervalo de tempo desde que a ligação é estabelecida até que recebe completamente todos os bytes do ficheiro). R: W 1 + RTT / T xmt, com T xmt= 500 * 8 / (4 * 10 6 ) T xmt = 1mseg, W min=5 T= [2 * RTT] + 2*[ T xmt + RTT] + 12 * T xmt = 30 mseg 19. [05E2] Um cliente HTTP pretende fazer o download de 1 página constituída por 5 objectos: o objecto base com 4500 bytes e quatro outros referenciados no objecto base com 3000 bytes cada um. Suponha em todos os casos que o cliente gasta 3 ms no processamento do objecto base (contados a partir da recepção completa deste objecto), só então ficando apto a pedir objectos aí referenciados. Pretende-se estimar a latência na recepção da página. Para isso, há que estabelecer uma ou mais ligações TCP entre cliente e servidor. Considere que: (i) os segmentos TCP com dados são de dimensão S= 500 bytes; (ii) existe apenas uma ligação full-duplex entre emissor e receptor com débito R= 2x10 6 bps e que introduz um atraso de ida e volta RTT=18 ms Admita que usa a versão 1.0 do protocolo HTTP sem utilização de ligações em paralelo. Qual é a latência na recepção da página obtida para o caso em que, ao nível TCP, não existe mecanismo de controlo de congestionamento (nem fase de slow-start nem fase de congestion avoidance ) e se usa uma janela fixa de 15 segmentos? Continue a supor que usa HTTP 1.0 sem utilização de ligações em paralelo. Suponha que utiliza uma versão experimental do protocolo TCP em que a fase de arranque lento ( slow-start ) foi modificada por forma a que a janela de transmissão cresce 2 segmentos por cada ACK recebido. Admita ainda que nesta versão não existe fase de congestion avoidance. Apresente um diagrama temporal, aproximadamente à escala, que ilustre a sequência de segmentos trocados até que o objecto base seja recebido pelo cliente. Qual a latência na recepção da página (conjunto de 5 objectos)?

14 Prof V Vargas, IST Controlo de Congestão em TCP 03/11/11, Page 14 of Considere agora que usa a versão 1.1 do protocolo HTTP com possibilidade de pedidos em sequência ( pipelining ). Suponha que a janela de transmissão cresce como descrito na alínea anterior. Calcule a latência na recepção da página (conjunto de 5 objectos) R: T 1=2 RTT + N ObjT xmt * (2 RTT + N ImgT xmt) = 10 RTT + (N Obj+4 N Img) T xmt com N Obj=4500/500 e N Img=3000/500 e T xmt=500*8/(2 * 10 6 ) T 1==249 mseg T 2= 2RTT+2(T xmt+rtt)+5t xmt+3+4[2rtt+2(t xmt+rtt)+2t xmt]=20rtt+23t xmt+3=409 mseg T 3=2RTT+2(T xmt+rtt)+5t xmt+3+rtt++24t xmt=5 RTT+31T xmt+3=155 mseg. 20. Um cliente HTTP pretende fazer o download de 1 página constituída por 11 objectos: o objecto base com 6000 bytes e dez outros referenciados no objecto base com 5000 bytes cada um. Suponha em todos os casos que o cliente gasta 5ms no processamento do objecto base (contados a partir da recepção completa deste objecto), só então ficando apto a pedir os objectos aí referenciados. Pretende-se estimar a latência na recepção da página. Para isso há que estabelecer uma ligação TCP entre cliente e servidor. Considere que: (i) os segmentos TCP com dados são de dimensão S= 500; (ii) existe apenas uma ligação full-duplex entre emissor e receptor com débito R= 1x10 6 bps e que introduz um atraso de ida e volta RTT= 16ms Admita que usa a versão 1.0 do protocolo HTTP com um máximo de 5 ligações em paralelo. Qual é a latência na recepção da página obtida para o caso em que, ao nível TCP, não existe mecanismo de controlo de congestionamento (nem fase de slow-start nem fase de congestion avoidance )? Continue a supor que usa HTTP 1.0 com um máximo de 5 ligações em paralelo. Suponha que utiliza uma versão experimental do protocolo TCP em que existe apenas uma fase do tipo congestion avoidance em que a janela cresce linearmente 2 segmentos por cada janela bem recebida. Apresente um diagrama temporal, aproximadamente à escala, que ilustre a sequência de segmentos trocados até que o objecto base seja recebido pelo cliente. Qual a latência na recepção da página (conjunto de 11 objectos)? Considere agora que usa a versão 1.1 do protocolo HTTP com possibilidade de pedidos em sequência ( pipelining ) e sem ligações paralelas. Suponha que usa a versão experimental do TCP descrito na alínea anterior. Calcule a latência no download da página (conjunto de 11 componentes) 21. [06T1.2] Um cliente HTTP pretende fazer o download de 1 página constituída por 3 objectos: o objecto base com bytes e dois outros referenciados no objecto base com 6000 bytes cada um. Suponha em todos os casos que o cliente gasta 3 ms no processamento do objecto base (contados a partir da recepção completa deste objecto), só então ficando apto a pedir objectos aí referenciados. Pretende-se estimar a latência na recepção da página. Para isso há que estabelecer uma ligação TCP entre cliente e servidor. Considere que: (i) os segmentos TCP com dados são de dimensão S= 500 bytes; (ii) existe apenas uma ligação full-duplex entre emissor e receptor com débito R= 4x10 6 bps e que introduz um atraso de ida e volta RTT= 10 ms Admita que usa a versão 1.0 do protocolo HTTP sem ligações em paralelo. Qual é a latência na recepção da página obtida (conjunto dos 3 objectos) para o caso em que, ao nível de transporte se usa uma versão do TCP com janela fixa de 6 segmentos. Apresente um diagrama temporal do envio do objecto base indicando os instantes de tempo relevantes Continue a supor que usa HTTP 1.0 sem ligações em paralelo. Suponha que utiliza uma versão experimental do protocolo TCP em que a fase de arranque lento ( slow-start ) se inicia com uma janela de 1 segmento e foi modificada por forma a que o factor de crescimento da janela de congestionamento por RTT é 5 (e não 2 como nas versões habituais). Admita ainda que nesta versão não existe fase de congestion avoidance. Qual a latência na recepção da página (conjunto dos 3 objectos)? Considere agora que usa a versão 1.1 do protocolo HTTP com possibilidade de pedidos em sequência ( pipelining ). Suponha que usa a versão do TCP Tahoe: na fase de slow-start a janela inicial tem dimensão 1 e duplica por cada janela bem recebida; na fase de congestion-avoidance a janela aumenta de 1 segmento por janela bem recebida. A transição entre as duas fases ocorre quando a janela atinje os 8 segmentos. Calcule a latência no download da página (conjunto dos 3 objectos) 22. [06T1.2] Um cliente HTTP pretende fazer o download de 1 página constituída por 3 objectos: o objecto base com bytes e dois outros referenciados no objecto base com 6000 bytes cada um. Suponha em todos os casos que o cliente gasta 3 ms no processamento do objecto base (contados a partir da recepção completa deste objecto), só então ficando apto a pedir objectos aí referenciados. Pretende-se estimar a latência na recepção da página. Para isso, há que estabelecer uma ligação TCP entre cliente e servidor. Considere que: (i) os segmentos

15 Prof V Vargas, IST Controlo de Congestão em TCP 03/11/11, Page 15 of 27 TCP com dados são de dimensão S= 500 bytes; (ii) existe apenas uma ligação full-duplex entre emissor e receptor com débito R= 4x10 6 bps e que introduz um atraso de ida e volta RTT= 10 ms Admita que usa a versão 1.0 do protocolo HTTP sem ligações em paralelo. Suponha que utiliza uma versão experimental do protocolo TCP em que a fase de arranque lento ( slow-start ) se inicia com uma janela de 1 segmento e foi modificada por forma a que o factor de crescimento da janela de congestionamento por cada janela bem recebida é 4 (e não 2 como nas versões habituais). Admita ainda que nesta versão não existe fase de congestion avoidance. Apresente um diagrama temporal, aproximadamente à escala, que ilustre a sequência de segmentos trocados até que o objecto base seja recebido pelo cliente. Qual a latência na recepção da página (conjunto dos 3 objectos)? Considere agora que usa a versão 1.1 do protocolo HTTP com possibilidade de pedidos em sequência ( pipelining ). Suponha que usa a versão do TCP Tahoe: na fase de slow-start a janela inicial tem dimensão 1 e duplica por cada janela bem recebida; na fase de congestionavoidance a janela aumenta de 1 segmento por janela bem recebida. A transição entre as duas fases ocorre quando a janela atinge os 8 segmentos. Calcule a latência na recepção da página (conjunto dos 3 objectos). R1: TCP26.a ilustra a situação. O Tempo de Transmissão de cada Segmento é T Xmt=500*8/(4*10 6 )= 1 mseg. O factor de crescimento (4) apontaria a que a dimensão máxima das sucessivas janelas fosse {1, 4, 16, 64 }; porém, a partir da janela W=1+RTT/T Xmt=11, a transmissão dos Segmentos é contínua (sem tempos de espera entre eles). O Objecto Base ocupa 12000/500=24 Segmentos, distribuídos pelas janelas: ; cada Objecto Referenciado ocupa 6000/500=12 Segmentos, distribuídos pelas janelas: Vem T ObjB = 2 RTT+(T Xmt + RTT)*2+(19)T Xmt= 61 e T ObjR = 2 RTT+(RTT+T Xmt)*2+7* T Xmt= 49. pelo que o tempo de latência é T ObjB * T ObjR=162 mseg. R2: TCP26.b ilustra a situação. A dimensão máxima das sucessivas janelas seria {1, 2, 4, 8, 9, 10, 11, 12, }; porém, a partir da janela W=1+RTT/T Xmt=11, a transmissão dos Segmentos é contínua. O Objecto Base distribuise pelas janelas: ; os Objectos Referenciados distribuem-se pelas janelas: Vem T ObjB = 2 RTT+(T Xmt +RTT)*4+9 * T Xmt= 73 e T ObjR = RTT + (T Xmt +RTT)+14* T Xmt= 35, pelo que o tempo de latência é T ObjB T ObjR=111 mseg. 23. [06E2.1] Um cliente HTTP pretende fazer o download de 1 página constituída por 3 objectos: o objecto base com bytes e dois outros referenciados no objecto base com bytes cada um. Suponha em todos os casos que o cliente gasta 8 ms no processamento do objecto base (contados a partir da recepção completa deste objecto), só então ficando apto a pedir objectos aí referenciados. Pretende-se estimar a latência na recepção da página. Para isso há que estabelecer uma ligação TCP entre cliente e servidor. Considere que: (i) os segmentos TCP com dados são de dimensão S= 1000 bytes; (ii) existe apenas uma ligação full-duplex entre emissor e receptor com débito R= 0,8x10 6 bps e que introduz um atraso de ida e volta RTT= 90 ms.

16 Prof V Vargas, IST Controlo de Congestão em TCP 03/11/11, Page 16 of Admita que usa a versão 1.0 do protocolo HTTP sem ligações em paralelo. Suponha que utiliza uma versão simplificada do protocolo TCP em que a janela de emissão tem um tamanho fixo de 6 segmentos. Apresente um diagrama temporal, aproximadamente à escala, que ilustre a sequência de segmentos trocados até que o objecto base seja recebido pelo cliente. Qual a latência na recepção da página (conjunto dos 3 objectos)? Considere agora que usa a versão 1.1 do protocolo HTTP com possibilidade de pedidos em sequência ( pipelining ). Suponha que usa uma versão modificada do TCP: na fase de slow-start a janela inicial tem dimensão 2 e duplica (como nas versões tradicionais) por cada janela bem recebida; na fase de congestionavoidance a janela aumenta de 1 segmento por janela bem recebida. A transição entre as duas fases ocorre quando a janela atinge os 8 segmentos. Apresente um diagrama temporal, aproximadamente à escala, que ilustre a sequência de segmentos trocados até que o objecto base seja recebido pelo cliente. Calcule a latência na recepção da página (conjunto dos 3 objectos). R1: TCP13.a ilustra a situação. O Tempo de Transmissão de cada Segmento é T Xmt=1000*8/(0,8*10 6 )= 10 mseg. O Objecto Base ocupa 15000/1000=15 Segmentos, distribuídos pelas janelas: 6+6+3; cada Objecto Referenciado ocupa 11000/1000=11 Segmentos, distribuídos pelas janelas: 6+5. Vem T ObjB = 2 RTT+(RTT+T Xmt)*2+3* T Xmt= 410 e T ObjR = 2RTT+(RTT+T Xmt)+5-* T Xmt= 330. pelo que o tempo de latência é T ObjB * T ObjR=1078 mseg. R2: TCP13.b ilustra a situação. A dimensão máxima das sucessivas janelas seria {2, 4, 8, 9, 10, 11, 12, }; porém, a partir da janela w=1+rtt/t Xmt=10, a transmissão dos Segmentos é contínua. O Objecto Base distribui-se pelas janelas: ; os Objectos Referenciados distribuem-se pelas janelas: Vem T ObjB = 2 RTT+(RTT+T Xmt)*3+T Xmt= 490 e T ObjR = RTT+(RTT+T Xmt)+13* T Xmt= 320, pelo que o tempo de latência é T ObjB T ObjR=818 mseg. 24. [06T1,06E1.1] Um cliente HTTP pretende fazer o download de 1 página constituída por 4 objectos: o objecto base com 4000 bytes e três outros referenciados no objecto base com 2000 bytes cada um. Pretende-se estimar a latência na recepção da página. Para isso há que estabelecer uma ligação TCP entre cliente e servidor. Considere que: (i) os segmentos TCP com dados são de dimensão S= 200 bytes; (ii) existe apenas uma ligação full-duplex entre emissor e receptor com débito R= 1,6x10 6 bps e que introduz um atraso de ida e volta RTT= 10 ms.

17 Prof V Vargas, IST Controlo de Congestão em TCP 03/11/11, Page 17 of Admita que usa a versão 1.0 do protocolo HTTP sem ligações em paralelo. Suponha que utiliza uma versão experimental do protocolo TCP em que a fase de arranque lento ( slow-start ) se inicia com uma janela de 1 segmento e foi modificada por forma a que o factor de crescimento da janela de congestionamento por cada janela bem recebida é 3 (e não 2 como nas versões habituais). Admita ainda que nesta versão não existe fase de congestion avoidance. Apresente um diagrama temporal, aproximadamente à escala, que ilustre a sequência de segmentos trocados até que o objecto base seja recebido pelo cliente. Qual a latência na recepção da página (conjunto dos 4 objectos)? Considere agora que usa a versão 1.1 do protocolo HTTP com possibilidade de pedidos em sequência ( pipelining ). Suponha que usa uma versão do TCP tal que a fase de slow-start é a descrita na alínea anterior; na fase de congestion-avoidance a janela aumenta de 1 segmento por janela bem recebida. A transição entre as duas fases ocorre quando a janela atinge os 9 segmentos. Calcule a latência na recepção da página (conjunto dos 4 objectos) R1: A fig TCP25.a esquematiza a situação descrita em (1). A latência será: - para o Objecto Base, 2 RTT + ( T Xmt + RTT ) * T Xmt, em que T Xmt = 200*8/(1,6*10 6 ) seg = 1 mseg - para cada Objecto referenciado, 2 RTT + (T Xmt + RTT ) * T Xmt; A latência da página será então de (2 + 3 * 2 ) RTT + ( RTT + T Xmt ) * (3 + 3 * 2 ) + (7 + 3 * 6 ) T Xmt = 204 mseg R1: A fig TCP25.b esquematiza a situação descrita em (2). A latência será: - para o Objecto Base, 2 RTT + ( T Xmt + RTT ) * T Xmt, em que T Xmt = 200*8/(1,6*10 6 ) seg = 1 mseg - para o conjunto dosobjectos referenciados, RTT + (T Xmt + RTT ) + 20 T Xmt; A latência da página será então de (2 + 1 ) RTT + ( RTT + T Xmt ) * (3 + 1 ) + ( ) T Xmt = 101 mseg 25. [06E3] Considere uma sessão TCP (Reno), única na rede, com valor de Round-Trip Time de 1 ms (constante), que inicia a transmissão de segmentos em t=0. Assuma que o limiar entre a fase slow-start e a fase congestion avoidance é 16 segmentos. Suponha que o segmento 66 se perde e que a perda é detectada através da recepção de Acks duplicados. Represente (com clareza) um gráfico que ilustre a evolução da janela do emissor até 5 ms após a detecção da perda pela fonte. Em particular, indique claramente no gráfico em que intervalo de tempo é detectada a perda. [Assuma que a fonte tem uma quantidade infinita de segmentos para enviar] R: Em t=0, C Wnd=1, envia-se S 1. Em t=1, recebe-se Ack 2, C Wnd duplica (passa a ser 2), e envia-se S 2 e S 3. Em t=2, recebe-se Ack 3 e Ack 4, C Wnd duplica (passa a ser 4), e envia-se S 4 até S 7. E assim sucessivamente: a figura TCP14.a enumera os Segmentos que são enviados nos instantes t=3, t=4, etc..em t=5, entra-se na fase congestion avoidance: o crescimento de C Wnd passa a ser linear: 17, 18.. Em t=6, envia-se S 49 até S 66. À medida que vão chegando os Acks (concretamente, Ack 50, Ack 51, etc.), envia-se S 67, S 68, S 69 Todavia, o S 66 perde-se - pelo que o último a ser recebido é Ack 66, e por conseguinte o último a ser enviado é S 83. À medida que S 67, S 68, S 69, chegam ao destino, são repetidamente devolvidos Ack 66, Ack 66, Quando fôr recebido o terceiro, o S 66 é re-enviado (Fast-retransmit); após o que C Wnd é fixado em 18/2=9, e incrementado de 3, isto é, passa a ser 12. E voltará a incrementar por cada Ack recebido a seguir (mecanismo inflating); como foram enviados 17 Segmentos, irão ser recebidos mais 14 Acks duplicados: no final, será C Wnd =25. Repare-se que, no momento, estão por confirmar 18 segmentos (S 66 até S 83); quando C Wnd chegar a 19, envia-se S 84; e, à medida que forem chegando mais Acks duplicados, serão sucessivamente enviados S 85 até S 90 (Fast Recovery). Quando chegar o primeiro Ack fresco, no caso Ack 84, C Wnd é fixada em 9 (mecanismo deflating), e a partir daí recomeçará

18 Prof V Vargas, IST Controlo de Congestão em TCP 03/11/11, Page 18 of 27 a crescer linearmente Como no momento estão por confirmar 7 segmentos (S 84 até S 90), pode enviar-se 2 segmentos (S 91 até S 92). Nota: é aceitável uma resposta que adopte a simplificação: ignorar FastRecovery e transmitir os Segmentos S 84 até S 90 após ter sido recebido Ack [07T1] Um cliente pretende fazer o download de um ficheiro de tamanho bytes, usando o protocolo TCP- Reno através de uma única ligação. Considere que: (i) os segmentos TCP com dados são de dimensão L=1000 bytes; (ii) a ligação tem um débito R=8 Mbit/s e o atraso de ida e volta é RTT = 10 ms Considere que o limiar (threshold) entre a fase slow-start e a fase congestion avoidance da sessão TCP é 16. Suponha que durante a transmissão não há perdas nem erros nos segmentos TCP. Apresente um diagrama temporal que ilustre a sequência de segmentos trocados até que o ficheiro seja totalmente recebido pelo cliente. Calcule o tempo necessário até à completa recepção do ficheiro pelo cliente (medido desde o instante em que o cliente inicia o estabelecimento da ligação). Indique claramente a evolução dos valores para a janela de congestionamento do servidor e, em particular, o seu valor final Admita agora que o ficheiro requerido pelo cliente é mais pequeno - ocupando bytes - e que, durante a transmissão, o segmento 8 se perde. Assuma que essa perda é detectada por ACKs duplicados. Assuma também que, nesta realização do receptor TCP, todos os segmentos que forem recebidos fora de ordem são aceites pelo receptor. Não se verificam mais perdas até ao final da transmissão e o limiar (threshold) entre a fase slowstart e fase congestion avoidance é agora 8. Com o auxílio de um diagrama temporal que ilustre a sequência de segmentos trocados até que o ficheiro seja totalmente recebido pelo cliente, calcule o tempo necessário até à completa recepção do ficheiro pelo cliente. Indique no diagrama a evolução dos valores para a janela de congestionamento e também do parâmetro threshold do servidor. R1: O diagrama temporal [TCP16.a] esquematiza a situação. T=RTT+5*(RTT+T Xmt)+34*T Xmt=6*RTT+39T Xmt=99 mseg, W final 18, T Xmt=1000*8/(8*10 6 )=1 mseg R2: O diagrama temporal [TCP16.b] esquematiza a situação.. T=RTT+4*(RTT+T Xmt)+3*T Xmt+2*(RTT+T Xmt)+2*T Xmt=7*RTT+11T Xmt=81mseg

19 Prof V Vargas, IST Controlo de Congestão em TCP 03/11/11, Page 19 of [07E1] Um cliente pretende fazer o download de um ficheiro de tamanho bytes, usando o protocolo TCP-Reno através de uma única ligação. Suponha que: (i) os segmentos TCP com dados são de dimensão L=1000 bytes; (ii) a ligação tem um débito R=8 Mbit/s e o atraso de ida e volta é RTT = 15 ms; (iii) o limiar (threshold) entre a fase slow-start e a fase congestion avoidance da sessão TCP é 16. (iv) o intervalo do temporizador (para o evento de timeout) é de 20 ms. Durante a transmissão ocorrem as perdas dos segmentos 16 e 45. A primeira perda é detectada por timeout e a segunda é detectada por ACKs duplicados. Apresente um diagrama temporal que ilustre a sequência de segmentos trocados até que o ficheiro seja totalmente recebido pelo cliente e até que todos os Acks respectivos cheguem ao emissor. Com base nesse diagrama, determine o tempo necessário até à completa recepção do ficheiro pelo cliente (medido desde o instante em que o cliente inicia o estabelecimento da ligação). No diagrama, indique claramente a evolução dos valores para a janela de congestionamento do servidor (incluindo o seu valor final). R: T Xmt=1000*8/(8*10 6 )=10-3 seg = 1 mseg; Nsegmentos=60 000/1000=60. Cfr fig TCP18.a T=2*RTT+4(T Xmt+RTT)+(T Xmt+Timeout)+5(T Xmt+RTT)+2 T Xmt+2 (T Xmt+RTT)+ T Xmt=13 RTT+15 T Xmt + Timeout = 230 mseg. [10E1.5] Enunciado semelhante a [07E1], mas: 1) o atraso de ida e volta é RTT = 10 ms; 2) o intervalo do temporizador (timeout) é de 15 ms. R: T Xmt=1000*8/(8*10 6 )=10-3 s = 1 ms; Nsegmentos=60 000/1000=60. Cfr fig TCP18.b T=2*RTT+4 (T Xmt+RTT)+(T Xmt+Timeout)+5(T Xmt+RTT)+ 2 T Xmt+2 (T Xmt+RTT)+ T Xmt= 13 RTT+15 T Xmt + Timeout = 160 ms

20 Prof V Vargas, IST Controlo de Congestão em TCP 03/11/11, Page 20 of [07E2.12] Um cliente pretende fazer o download de um ficheiro com bytes, usando o protocolo TCP- Reno através de uma única ligação. Suponha que: (i) os segmentos TCP com dados são de dimensão L=1000 bytes; (ii) o atraso de ida e volta é RTT = 15 ms; (iii) o limiar (threshold) entre a fase slow-start e a fase congestion avoidance da sessão TCP é (iv) o intervalo de temporização para eventuais ocorrências de timeout é de 20 ms (v) o receptor não descarta segmentos fora de ordem (i.e. segmentos recebidos com números de sequência superiores ao esperado). Suponha também que a capacidade da ligação (i.e. o débito) entre o cliente e o servidor é de R=8 Mbit/s até ao envio do segmento 30 (inclusivé) e depois disso, devido a alterações na rede, é de R=4 Mbit/s. Durante a transmissão ocorre a perda dos segmentos 16 e 17. Além disso, devido a circunstâncias excepcionais, todos os ACKs dos segmentos 18 a 24 (portanto um total de 7 ACKs) são perdidos. Depois disso, nenhum outro segmento se perde ou se atrasa mais do que o previsto pelo atraso de propagação, assim como nenhum outro ACK se perde ou atrasa mais do que previsto. Apresente um diagrama temporal que ilustre a sequência de segmentos trocados até que o ficheiro seja totalmente recebido pelo cliente. Em particular, o diagrama deve indicar claramente como é recuperada a perda dos dois segmentos referidos acima. Calcule o tempo necessário até à completa recepção do ficheiro pelo cliente (medido desde o instante em que o cliente inicia o estabelecimento da ligação). Apresente também um pequeno gráfico que indique a evolução dos valores para a janela de congestionamento do servidor (i.e. um gráfico CongWin vs. Tempo). R: T Xmt =1000*8/(8*10 6 )=1 ms, T' Xmt =1000*8/4*10 6 =2ms. Cfr TCP19.a T tot =2RTT+4(T Xmt +RTT)+ (T Xmt +T Out )+ (T Xmt +RTT+T Out )+4(T Xmt +RTT)+ (T' Xm +RTT)+2T' Xm =236 ms 29. [08E1.12] Um cliente pretende fazer o download de um ficheiro de tamanho bytes, usando o protocolo TCP-Reno através de uma única ligação. Assuma que o pedido de transferência feito pelo cliente segue juntamente com o terceiro segmento da fase de estabelecimento da sessão TCP. Desprezam-se quaisquer tempos de processamento no cliente e no servidor. Considere que: (i) os segmentos TCP com dados são de dimensão L=1000 bytes e o comprimento dos cabeçalhos (de todos os protocolos da pilha) é desprezável; (ii) a ligação tem um débito R=8 Mbit/s e o atraso de ida-e-volta é RTT = 20 ms; (iii) sómente os pacotes com dados não têm tempos de transmissão desprezáveis; (iv) é enviado um segmento de confirmação (ACK) por cada segmento bem recebido; (v) a janela TCP de emissão no servidor é apenas limitada pelos mecanismos de controlo de congestionamento (isto é, os buffers na recepção do cliente são ilimitados); (vi) nesta implementação, os segmentos que forem recebidos fora de ordem são aceites pelo receptor; (vii) o limiar (threshold) entre a fase slow-start e a fase congestion avoidance é 8; (viii) o valor do timeout é de 30 ms. Suponha que durante a transmissão ocorre a perda do segmento 16.