Nível de Transporte Portas, Protocolos UDP e TCP

Transcrição

1 Departamento de Ciência da Computação - UFF Disciplina: Nível de Transporte Portas, Protocolos UDP e TCP Profa. Débora Christina Muchaluat Saade debora@midiacom.uff.br

2 Protocolo TCP 48

3 Timeout e Retransmissão Para acomodar as variações de atrasos que acontecem em um ambiente inter-rede, o TCP usa um algoritmo adaptativo de retransmissão que monitora os atrasos em cada conexão e ajusta seu parâmetro de timeout de acordo. Variável básica para cálculo do timeout medida dinamicamente: round trip time - tempo entre cada segmento enviado e seu respectivo reconhecimento 92

4 Definição do timeout de retransmissão 93 Variável básica: round-trip time (tempo entre cada segmento enviado e seu respectivo reconhecimento) Exemplo de fórmula para cálculo adaptativo do RTT RTT = (a * OLD_RTT) + ((1-a) * NEW_RTT_SAMPLE) RTT inicial = 0 (RFC 1122) Exemplo de fórmula para definição do timeout em função de RTT Timeout = b x RTT b pode ser estático (2) ou obtido por outro algoritmo Timeout inicial = 3 segundos Timeout máximo = 240 segundos Algoritmo de Jacobson (melhor resposta a altas variações de RTT) usado pela maioria das implementações atuais do TCP D = variância de RTT D = yd + (1-y) RTT NEW_RTT_SAMPLE Timeout = RTT + 4D

5 Cálculo do timeout Timeout = 3000 ms NEW_RTT_SMP = 1000ms RTT = 500 ms SEQ = 100 SEQ = 200 α = 0.5, β = 2 Tamanho dos segmentos = 100 ACK = 300 Timeout = 1000 ms Timeout esgotado NEW_RTT_SMP =? SEQ = 300 SEQ = 400 SEQ = 300 ACK = 500 Ambiguidade de reconhecimento 94

6 Ambiguidade de reconhecimento Caso o reconhecimento do segmento chegue após a retransmissão do mesmo, como saber se o reconhecimento se refere ao segmento original ou a retransmissão para calcular o round trip time? Solução: não considerar RTT de segmentos retransmitidos RTT pode permanecer indefinidamente inadequado Algoritmo de Karn Timer Backoff: toda vez que um segmento é retransmitido, timeout é multiplicado por N (normalmente 2) Quando é recebido o reconhecimento correspondente a um segmento não retransmitido, RTT e Timeout são recalculados com base nos valores anteriores aos Backoffs 95

7 Algoritmo de Karn NEW_RTT_SMP = 1000ms RTT = 500 ms SEQ = 100 SEQ = 200 α = 0.5, β = 2 Tamanho dos segmentos = 100 ACK = 300 Timeout = 1000 ms Karn SEQ = 300 SEQ = 400 Timeout = 2000 ms Timeout = 2000 ms NEW_RTT_SMP = 800 ms RTT = 650 ms SEQ = 300 SEQ = 500 ACK = 500 ACK = 600 Timeout = 1300 ms 96

8 Considerações a respeito do controle de fluxo Receptor informa WINDOW = 0 quando não consegue mais receber Quando espaço é liberado, receptor envia atualização de janela com WINDOW > 0 E se a atualização de janela for perdida? Transmissor envia segmentos de um único octeto periodicamente (window probes) para testar tamanho da janela de recepção do receptor E se a aplicação receptora estiver lendo do buffer blocos de dados muito pequenos, em comparação com a taxa de envio do módulo TCP no transmissor? 97

9 Controle de fluxo SEQ = 100 Tamanho dos segmentos = 100 SEQ = 200 SEQ = 300 SEQ = 400 ACK = 300 WIN = 299 Apl. lê um octeto ACK = 300 WIN = 300 ACK = 500 WIN = 100 SEQ = ACK = 600 WIN = 0 98

10 Controle de fluxo (continuação) SEQ = ACK = 600 WIN = 0 Apl. lê um octeto SEQ = 600 ACK = 600 WIN = 1 Tamanho dos segmentos = 1 SEQ = ACK = 601 WIN = 0 ACK = 601 WIN = 1 Apl. lê um octeto ACK = 602 WIN = 0 Silly Window Syndrome 99

11 Silly Window Syndrome Solução no transmissor: algoritmo de Nagle Quando uma aplicação gera novos dados a serem enviados em uma conexão na qual dados anteriores foram transmitidos mas não reconhecidos, os novos dados são bufferizados, só sendo enviados quando: for possível completar um segmento de tamanho máximo OU os dados anteriores forem reconhecidos 101

12 Silly Window Syndrome Solução no receptor: solução de Clark Só enviar uma atualização de janela informando WINDOW > 0 posteriormente a uma atualização de janela informando WINDOW = 0 quando buffer de recepção estiver com espaço livre igual a: pelo menos 50% do buffer OU espaço correspondente a um segmento de tamanho máximo 103

13 Controle de congestionamento Controle de fluxo do TCP é fim-a-fim, mas pode ocorrer congestionamento em qualquer roteador Sliding Window não garante que o TCP contribua no controle de congestionamento Roteadores na iminência de congestionamento Aumento do RTT Retransmissões devido a reconhecimentos atrasados Aumento da carga nos roteadores congestionados Descarte de datagramas (dados e ACKs) em roteadores congestionados Colapso de congestionamento 104

14 Colapso de congestionamento Solução: TCP assume que grande parte das perdas de segmentos se deve a congestionamento É associado ao transmissor uma janela de congestionamento, que limita a transmissão de segmentos Janela de congestionamento inicial: 1 segmento Vazão da conexão cresce com o aumento da janela de congestionamento, que em condições normais mantém seu tamanho igual ao da janela de recepção do receptor Em caso de retransmissão, a janela de congestionamento é reduzida ao seu tamanho inicial Algoritmo de Karn é utilizado exponencialmente 105

15 Como aumentar a vazão da conexão? Algoritmo de Slow Start Para cada reconhecimento recebido (de um segmento não retransmitido), a janela de congestionamento é aumentada de um segmento (de tamanho máximo) Em condições ideais, o algoritmo de Slow Start pode levar a um crescimento exponencial da janela de congestionamento Sobrecarga na rede pode reiniciar congestionamento Solução: técnica de prevenção contra congestionamento Quando a janela de congestionamento atinge metade de seu tamanho anterior à última retransmissão, o TCP passa a aumentar a janela de congestionamento somente quando TODOS os segmentos internos à janela forem reconhecidos 106

16 Slow Start Janela de congestionamento (Kbytes) Número da transmissão Tamanho dos segmentos = 1Kb Janela de Recepção = 64 Kb 107

17 Slow Start Algoritmo de Slow Start reduz drasticamente a vazão de uma conexão TCP Melhoria: técnica de decréscimo multiplicativo Em caso de retransmissão, a janela de congestionamento é reduzida pela metade, até o mínimo de um segmento de tamanho máximo 108

18 Slow Start + Decréscimo Multiplicativo Janela de congestionamento (Kbytes) Número da transmissão Tamanho dos segmentos = 1Kb Janela de Recepção = 64 Kb 109

19 Controle de Congestionamento do TCP - Adaptações Após estouro de temporizador CongWin é reduzida a 1 MSS; Janela cresce exponencialmente: volta à partida lenta Até um limiar (ssthresh), depois cresce linearmente Após 3 ACKs duplicados: duas possibilidades Similar quando há estouro do temporizador ou corta CongWin pela metade, se implementa a recuperação rápida A janela depois cresce linearmente 1. 3 ACKs duplicados indica que a rede é capaz de entregar alguns segmentos 2. Estouro de temporizador antes de 3 ACKs duplicados é mais alarmante 110

20 Controle de Congestionamento do TCP - Resumo Quando a CongWin está abaixo do limiar ssthresh Transmissor está na fase de partida lenta Janela cresce exponencialmente Quando a CongWin está acima do limiar ssthresh Transmissor está na fase de prevenção de congestionamento Janela cresce linearmente Quando chegam três ACKs duplicados Limiar passa a ser CongWin/2 e CongWin = valor do limiar Recuperação rápida Quando estoura o temporizador Limiar é ajustado para CongWin/2 e CongWin = 1 MSS 111

21 Implementações do TCP Tahoe Original (slow start, congestion avoidance, fast retransmit) Reno (aditive increase, multiplicative decrease) Vegas SACK NewReno (RFC 2582) Usado no Windows Vista Bic Usado pelo Debian (/proc/sys/net/ipv4/ tcp_congestion_control) etc. 112

22 Segmento TCP Octeto 1 Octeto 2 Octeto 3 Octeto 4 HLEN TCP SOURCE PORT RESERVED CODE BITS CHECKSUM SEQUENCE NUMBER ACKNOWLEDGEMENT NUMBER OPTIONS (IF ANY) DATA... TCP DESTINATION PORT WINDOW URGENT POINTER PADDING Uma vez que uma conexão tenha sido estabelecida, este flag permanece sempre setado CODE BITS (6 bits) Urgent Pointer válido Campo ACK válido Requisição de PUSH Reinicializa conexão Sincroniza números de sequência Transmissor atingiu fim do stream 114 URG ACK PSH RST SYN FIN

23 Conexões TCP Estabelecimento de Conexões TCP Flag SYN=1 (code bits) Implementa three-way handshake Conexão full-duplex Encerramento de Conexões Flag FIN=1 (code bits) fluxos são encerrados de modo independente na prática, o encerramento dos fluxos costuma ocorrer consecutivamente 115

24 Estabelecimento de conexões SEQ carrega número de sequência inicial (ISN, incr. a cada 4µs) que cada módulo TCP vai utilizar para sequenciar segmentos TCP ACK permite que dados do usuário sejam enviados junto ao pedido de estabelecimento (reconhecimento na confirmação da conexão) Apl. ativa SEQ ACK isna - Flag SYN = 1 Flag ACK = 0 Apl. passiva Caso trivial do algoritmo 3-way handshake x octetos (x=0, geralmente) Flag SYN = 1 Flag ACK = 1 SEQ isnb ACK isna+x+1 y octetos (y=0, geralmente) SEQ ACK isna+x+1 isnb+y+1 Flag SYN = 0 Flag ACK = 1 116

25 Encerramento de conexões Conexão full-duplex: fluxos são encerrados de modo independente Na prática, o encerramento dos fluxos costuma ocorrer consecutivamente apl. fecha conexão SEQ x Flag FIN = 1 Flag FIN = 0 SEQ y ACK x+1 informa apl. Flag FIN = 1 SEQ ACK y x+1 apl. fecha conexão SEQ ACK Flag FIN = 0 x+1 y+1 118