TCP: Visão geral RFCs: 793, 1122, 1323, 2018, TCP: nos. de seq. e ACKs. TCP: estrutura do segmento. TCP: Tempo de Resposta (RTT) e Temporização

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1 socket door : Visão geral FCs: 793, 1122, 1323, 2018, 2581 ponto a ponto: 1 remetente, 1 receptor fluxo de bytes, ordenados, confiável: não estruturado em msgs dutado: tam. da janela ajustado por controle de fluxo e congestionamento do buffers de envio e recepção application writes data send buffer segment application reads data receive buffer socket door transmissão full duplex: fluxo de dados bidirecional na mesma conexão MSS: tamanho máximo de segmento orientado a conexão: handshaking (troca de msgs de controle) inicia estado de remetente, receptor antes de trocar dados fluxo controlado: receptor não será afogado 3: Camada de Transporte 3b-1 : estrutura do segmento UG: dados urgentes (pouco usados) ACK: no. ACK válido PSH: envia dados já (pouco usado) ST, SYN, FIN: gestão de conexão (comandos de estabelecimento, liberação) checksum Internet (como UDP) 32 bits no. porta origem no. porta dest tam. cab. número de seqüência número de reconhecimento sem uso checksum UAP S F janela receptor ptr dados urg. Opções (tam. variável) dados da aplicação (tam. variável) contagem de dados por bytes (não segmentos!) no. bytes rcpt quer aceitar 3: Camada de Transporte 3b-2 : nos. de seq. e ACKs Nos. de seq.: número dentro do fluxo de bytes do primeiro byte de dados do segmento ACKs: no. de seq do próx. byte esperado do outro lado ACK cumulativo P: como receptor trata segmentos fora da ordem? : espec do omissa - deixado ao implementador Usuário tecla C A reconhece chegada do C ecoado Estação A Estação B Seq=42, ACK=79, data = C Seq=79, ACK=43, data = C Seq=43, ACK=80 cenário simples de telnet B reconhece chegada de C, ecoa C de volta tempo 3: Camada de Transporte 3b-3 : Tempo de esposta (TT) e Temporização P: como escolher valor do temporizador? maior que o TT note: TT pode variar muito curto: temporização prematura retransmissões são desnecessárias muito longo: reação demorada à perda de segmentos P: como estimar TT? TTamostra: tempo medido entre a transmissão do segmento e o recebimento do ACK correspondente ignora retransmissões, segmentos com ACKs cumulativos TTamostra vai variar, queremos amaciador de TT estimado usa várias medições recentes, não apenas o valor corrente (TTamostra) 3: Camada de Transporte 3b-4

2 : cenários de retransmissão : cenários de retransmissão (cont) Estação A Estação B Host A Host B Host A Host B temporização X perda Seq=92, 8 bytes de dados ACK=100 T. p/ Seq=100 Temp.p/ Seq=92 Seq=92, 8 bytes de dados Seq=100, 20 bytes de dados ACK=100 ACK=120 timeout Seq=92, 8 bytes data Seq=100, 20 bytes data X loss ACK=100 tempo Seq=92, 8 bytes de dados ACK=100 cenário do ACK perdido tempo Temp.p/ Seq=92 Seq=92, 8 bytes de dados ACK=120 temporização prematura, SendBase = 120 time ACK=120 ACKs cumulativos 3: Camada de Transporte 3b-5 3: Camada de Transporte 3b-6 geração de ACKs [FCs 1122, 2581] : Tempo de esposta (TT) e Temporização Evento chegada de segmento em ordem sem lacunas, anteriores já reconhecidos chegada de segmento em ordem sem lacunas, um ACK retardado pendente chegada de segmento fora de ordem, com no. de seq. maior que esperado -> lacuna chegada de segmento que preenche a lacuna parcial ou completamente Ação do receptor ACK retardado. Espera até 500ms p/ próx. segmento. Se não chegar segmento, envia ACK envia imediatamente um único ACK cumulativo envia ACK duplicado, indicando no. de seq.do próximo byte esperado ACK imediato se segmento no início da lacuna 3: Camada de Transporte 3b-7 TT_estimado = (1-x)* TT_estimado + x*tt_amostra média corrente exponencialmente ponderada influência de cada amostra diminui exponencialmente com o tempo valor típico de x: Para quanto deve-se ajustar o intervalo de temporização? 3: Camada de Transporte 3b-8

3 Exemplo de estimativa de TT: TT: gaia.cs.umass.edu to fantasia.eurecom.fr : Tempo de esposta (TT) e Temporização 350 Escolhendo o intervalo de temporização TT (milliseconds) TT_estimado mais uma margem de segurança variação grande em TT_estimado -> margem de segurança maior Temporização = TT_estimado + 4*Desvio time (seconnds) SampleTT Estimated TT 3: Camada de Transporte 3b-9 Desvio = (1-y)* Desvio + y* TT_amostra - TT_estimado (tipicamente, y = 0.25) Logo o intervalo de temporização (timeout): TimeoutInterval = EstimatedTT + 4*DevTT 3: Camada de Transporte 3b-10 : Controle de Fluxo controle de fluxo remetente não esgotaria buffers do receptor por transmitir muito, ou muito rápidamente cvbuffer = tamanho do Buffer de recepção cvwindow = espaço vazio no Buffer buffering pelo receptor receptor: explicitamente avisa o remetente da quantidade de espaço livre disponível (muda dinamicamente) campo cvwindow no segmento remetente: mantém a quantidade de dados transmitidos, porém ainda não reconhecidos, menor que o valor mais recente de cvwindow 3: Camada de Transporte 3b-11 Princípios de Controle de Congestionamento Congestionamento: informalmente: muitas fontes enviando muitos dados muito rapidamente para a rede poder tratar diferente de controle de fluxo! manifestações: perda de pacotes (esgotamento de buffers em roteadores) longos atrasos (enfileiramento nos buffers dos roteadores) um dos 10 problemas mais importantes em redes! 3: Camada de Transporte 3b-12

4 Abordagens de controle de congestionamento Duas abordagens amplas para controle de congestionamento: Controle de congestionamento fim a fim : não tem realimentação explícita pela rede congestionamento inferido das perdas, retardo observados pelo sistema terminal abordagem usada por Controle de congestionamento com apoio da rede: roteadores realimentam as estações bit único indicando congestionamento (SNA, DECbit, /IP ECN, ATM) taxa explícita p/ envio pelo remetente 3: Camada de Transporte 3b-13 : Controle de Congestionamento controle fim a fim (sem apoio da rede) taxa de transmissão limitada pela tamanho da janela de congestionamento, Congwin: Congwin LastByteSent-LastByteAcked mim{congwin, cvwindow} w segmentos, cada um c/ MSS bytes, enviados por TT: throughput = w * MSS TT Bytes/sec 3: Camada de Transporte 3b-14 : Controle de Congestionamento : Controle de Congestionamento sondagem para banda utilizável: idealmente: transmitir o mais rápido possível (Congwin o máximo possível) sem perder pacotes. aumentar Congwin até sinais de congestionamento. Qdo detecta congestionamento diminui Congwin, depois volta à sondagem (aumento) novamente. duas fases partida lenta evitar congestionamento variáveis importantes: Congwin threshold: define limiar entre fases de partida lenta, controle de congestionamento 3: Camada de Transporte 3b-15 Como o emissor percebe o congestionamento? Evento de perda = timeout ou 3 acks repetidos O emissor reduz a taxa (CongWin) após um evento de perda. Três mecanismos de controle: AADM (Aumento Aditivo, Decremento Multiplicativo) Partida lenta ( slow start ) Comportamento conservador após eventos de timeout 3: Camada de Transporte 3b-16

5 AADM Aumento aditivo: aumenta janela em 1 em cada TT sem perda 24 Kbytes congestion window Decremento multiplicativo: diminui janela por fator de 2 após um evento de perda : Partida lenta Quando a conexão começa, CongWin = 1 MSS Exemplo: MSS = 500 bytes & TT = 200 msec Taxa inicial = 20 kbps 16 Kbytes 8 Kbytes Banda disponível deve ser >> MSS/TT Desejável aumentar essa taxa rapidamente. Aumenta exponencialmente o tamanho da Conexão de longa duração time janela a cada TT sem perda. 3: Camada de Transporte 3b-17 3: Camada de Transporte 3b-18 : Partida lenta efinamento Algoritmo Partida Lenta initializa: Congwin = 1 for (cada segmento c/ ACK) Congwin++ until (evento de perda O CongWin > threshold) esumo: Taxa inicial é lenta, mas cresce exponencialmente. TT Estação A Estação B um segmento dois segmentos quqtro segmentos tempo 3: Camada de Transporte 3b-19 Após 3 ACKs repetidos: CongWin écortada pela metade Em seguida, a janela cresce linearmente. Porém após evento de timeout: CongWin éajustada para 1 MSS; A janela então cresce exponencialmente Até um valor limite ( threshold ), depois cresce linearmente. Filosofia: 3 ACKs repetidos indicam capacidade da rede em entregar segmentos timeout antes de 3 ACKs repetidos é mais alarmante 3: Camada de Transporte 3b-20

6 efinamento (mais) efinamento (mais) P: Quando o crescimento Implementação: 14 da janela deve passar de exponencial para linear? : quando CongWin chegar a 1/2 do seu valor antes do timeout. Threshold variável Na ocorrência de evento de perda, Threshold é ajustada para 1/2 de valor de CongWin imediatamente antes do evento de perda. congestion window size (segments) Tahoe threshold ounds detransmissão Series1 eno Series2 3: Camada de Transporte 3b-21 3: Camada de Transporte 3b-22 esumo: Controle Congestionamento Quando CongWin está abaixo do Threshold, o emissor se encontra na fase de slow-start, janela cresce exponenciamente. Quando CongWin está acima do Threshold, o emissor se encontra na fase de evitar congestionamento, janela cresce linearmente. Quando um triplo ACK repetido ocorre, Threshold é ajustada para CongWin/2 and CongWin ajustada para Threshold. Quando ocorre timeout, Threshold é ajustada para CongWin/2 and CongWin is set to 1 MSS. 3: Camada de Transporte 3b-23 Justeza do Meta de justeza: se N sessões compartilham o mesmo enlace de gargalo, cada uma deve ganhar 1/N da capacidade do enlace conexão 2 conexão 1 oteador gargalo capacidade 3: Camada de Transporte 3b-24

7 Por quê é justo? Duas sessões concorrentes: Aumento aditivo dá gradiente de 1, enquanto vazão aumenta decremento multiplicativa diminui vazão proporcionalmente Vazão da conexão 2 compartilhamento igual da banda Vazão da conexão 1 perda: diminui janela por fator de 2 evitar congestionamento: aumento aditivo perda: diminui janela por fator de 2 evitar congestionamento: aumento aditivo 3: Camada de Transporte 3b-25 : modelagem de latência Notação, suposições: P: Quanto tempo custa para Supomos um enlace entre cliente e receber um objeto de um servidor de taxa servidor WWW depois de Supomos: janela de enviar o pedido? congestionamento fixo, W Estabelecimento de conexão segmentos S: MSS (bits) retardo de transferência de O: tamanho do objeto (bits) dados sem retransmissões (sem perdas, sem erros) Dois casos a considerar: WS/ > TT + S/: ACK do primeiro segmento na janela chega antes de enviar todos dados na janela WS/ < TT + S/: aguarda ACK depois de enviar todos os dados na janela 3: Camada de Transporte 3b-26 : modelagem de latência K:= O/WS : modelagem de latência: partida lenta Agora supomos que a janela cresce à la partida lenta. A latência de um objeto de tamanho O é: O S P Latency = 2TT + + P TT (2 1) + onde P é o número de vezes que o fica ocioso no servidor: P = min{ Q, K 1} S - onde Q é o número de vezes que o servidor pararia se o objeto for de tamanho infinito. Caso 1: latência = 2TT + O/ Caso 2: latência = 2TT + O/ + (K-1)[S/ + TT - WS/] - e K é o número de janelas que cobrem o objeto. 3: Camada de Transporte 3b-27 3: Camada de Transporte 3b-28

8 : modelagem de latência: partida lenta (cont.) : modelagem de latência: partida lenta (cont.) Exemplo: O/S = 15 segmentos K = 4 janelas Q = 2 P = mín{k-1,q} = 2 initiate connection request object TT first window = S/ second window = 2S/ third window = 4S/ S + TT = time from when server starts to send segment until server receives acknowledgement k S 2 1 = time to transmit the kth window + initiate connection S k S TT = stall time after the kth window request object TT first window = S/ second window = 2S/ Servidor para P=2 vezes. object delivered time at client time at server fourth window = 8S/ complete transmission 3: Camada de Transporte 3b-29 O latency = + 2TT + P p= 1 stalltime P O S k 1 S = + 2TT + [ + TT 2 ] k = 1 O S P S = + 2TT + P[ TT + ] (2 1) p object delivered time at client time at server third window = 4S/ fourth window = 8S/ complete transmission 3: Camada de Transporte 3b-30