Camada de Transporte

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1 Camada de Transporte Protocoos UDP e TCP Internetworking with TCP/IP D. Comer Mário Meirees Teixeira. UFMA-DEINF Protocoo UDP Protocoo de transporte não orientado a conexão Funciona sobre o serviço de datagramas do IP Mesma semântica do IP: Não reaiza controe de erros: mensagens podem ser perdidas, dupicadas ou chegar fora de ordem Não reaiza controe de fuxo Não usa confirmações (ACKs), nem retransmissões Confiabiidade é deixada a cargo dos programas O que o UDP faz? Fornece uma abstração de portas que permite distinguir entre mútipos programas executando no mesmo host Indicado para apicações C/S em redes ocais e mutimídia em tempo rea 1

2 Formato do Datagrama UDP As portas identificam os pontos de origem e destino dos segmentos UDP em um host O campo LENGTH incui o cabeçaho e os dados O campo CHECKSUM é opciona (vaor 0 significa que não foi cacuado) Atenção: o IP não cacua checksum para os dados! Pseudo-header UDP: checksum incui endereços IP Encapsuamento 2

3 Portas UDP Reservadas Protocoo TCP Protocoo de transporte orientado a conexão Principa meio de transporte de mensagens na arquitetura TCP/IP, usado pea maioria das apicações da Internet Características Orientado a fuxo (stream) Conexão de circuitos virtuais Transmissão buferizada Fuxos não estruturados Conexão fu dupex Confiabiidade 3

4 Confiabiidade Como o TCP pode garantir confiabiidade se a camada de rede fornece apenas um serviço de datagramas não-confiáve? Técnica tradiciona: Positive Acknowedgement com Retransmissão (PAR) Receptor envia uma confirmação (ACK) ao receber o pacote Transmissor aguarda a chegada do ACK antes de transmitir o próximo pacote. Mantém um timer para cada pacote transmitido Transmissor retransmite se o timer expirar antes da chegada do ACK Funcionamento do PAR Podem surgir dupicatas de dados e de confirmações. Soução: Cada pacote recebe um número de seqüência Os ACKs carregam consigo o número de seqüência, a fim de que o transmissor possa associá-os corretamente com os pacotes 4

5 Desvantagem do PAR Simpes Na sua forma mais simpes, o esquema PAR desperdiça boa parte da argura de banda da rede É preciso esperar até que o ACK anterior chegue, antes de enviar o próximo pacote O probema se agrava se a rede tiver uma atência ata Soução: Permitir vários pacotes pendentes (não confirmados) simutaneamente na rede Mantém-se o esquema de ACK + Retransmissão Abordagem de Janea Desizante (siding window) Janea Desizante Tamanho da janea é fixo São transmitidos todos os pacotes dentro da janea, sem esperar por confirmações Ao receber o ACK para o primeiro pacote dentro da janea, o transmissor a move uma posição para a direita Mantém-se um timer para cada pacote não confirmado. Ao expirar, retransmite-se o pacote TamJanea = 1 (PAR simpes) Receptor também mantém uma janea desizante Três tipos de pacotes: Confirmados (à esquerda) Pendentes (dentro da janea) A transmitir (à direita) 5

6 Janea Desizante Um esquema de janea desizante bem ajustado aproveita toda a argura de banda disponíve na rede, obtendo um throughput bem maior que o do PAR simpes O pacote de menor número na janea é o primeiro na seqüência que não foi confirmado Janea Desizante: TCP Trabaha no níve de octetos Resove o probema de confiabiidade e controe de fuxo fim-afim Mantém três ponteiros na janea Os octetos dentro da janea são enviados tão rápido quanto possíve Tamanho de janea variáve à window advertisement Cada ACK informa quantos octetos adicionais o receptor está preparado para receber à controe de fuxo TamJanea = 0 à stop Quatro janeas por conexão Transmissor + Receptor Conexão fu dupex 6

7 Formato do Segmento TCP Formato do Segmento TCP Source/Dest. Port Números de porta TCP Sequence Number Número seqüencia (posição) do segmento no stream ACK HLEN Reserved Code bits Número do próximo octeto esperado Tamanho do cabeçaho Reservado para uso futuro (6 bits) URG : Campo urgent pointer é váido ACK : Campo ACK é váido PSH : Requisição de push RST : Reseta a conexão SYN : Pedido de início de conexão FIN : Pedido uniatera de desconexão 7

8 Formato do Segmento TCP Window Checksum Urgent Pointer Options Padding Tamanho da janea (buffer) Checagem de integridade do segmento (cabeçaho e dados) Identifica a posição do dado urgente no segmento (out-of-band data) Usado para negociação com o par do outro ado da conexão (p.ex., MSS) Preenchimento para tornar o tamanho do segmento mútipo de 32 bits Estabeecimento de Conexões Handshake de Três Vias Open passivo e ativo Uma vez estabeecida a conexão, os dados podem fuir em ambas as direções. Não existe reação de mestre-escravo 8

9 Encerramento de Conexões Handshake de Três Vias modificado (conexões TCP são fu dupex) Pedido de desconexão (FIN) é uniatera: soicitante não mais enviará dados naquea direção (exceção aos ACKs), porém ainda pode receber dados (direção oposta) RST : Termina a conexão imediatamente (ambos os ados param a transmissão; recursos iberados) Máquina de estados do TCP TCP recebe/envia 9

10 Acknowedgements ACKs não se referem a segmentos, mas a uma posição específica no stream de dados Um ACK refere-se ao próximo octeto esperado peo receptor (esquema cumuativo) Simpes de gerenciar e não ambíguo Porém, o transmissor não recebe informações sobre cada transmissão, mas sim sobre uma posição particuar no stream Exempo: Transmissor envia 5 segmentos Chegam os 4 útimos, mas não o primeiro segmento ACK refere-se ao primeiro segmento. O que fazer? PAR; Go-Back-N; Seective ACK Retransmissão Para cada segmento transmitido, o TCP inicia um timer de retransmissão e aguarda o ACK. Se o timer expira, assume que o segmento foi perdido e o retransmite No ambiente da Internet: Atrasos em cada conexão variam com o tempo Atrasos variam bastante entre conexões Portanto, um vaor fixo para o timer não é adequado: Muito curto à retransmissões desnecessárias Muito ongo à atraso desnecessário Soução: retransmissão adaptativa 10

11 Tempos de ida e vota (RTT) medidos para 100 datagramas IP sucessivos (Comer, 2006) Retransmissão Adaptativa Faz-se uma estimativa do round-trip time (RTT) em cada conexão: RTT = (α * RTT) + (1 α)*new_rtt, 0 < α < 1 Vaor do timeout baseia-se na estimativa do RTT: Timeout = β * RTT Agoritmo de Karn Não atuaizar o RTT para segmentos retransmitidos Dupicar o vaor do timeout a cada faha Timeout vota a ser função de RTT para o próximo segmento que chegar ao destino da primeira vez 11

12 O timer de retransmissão procura acompanhar o RTT (as setas indicam quando o timeout dobra) Controe de Congestionamento Carga oferecida à rede maior que capacidade da rede à congestionamento Atuamente, perda de pacotes devido a erros de transmissão é reativamente raro Portanto, o TCP assume que os timeouts são causados por congestionamentos! Dois probemas potenciais: a capacidade do receptor e a capacidade da rede 12

13 Controe de Congestionamento Cada transmissor precisa manter duas janeas: Tamanho da janea do receptor (window advertisement) Janea de congestionamento janea atua = min (janea_receptor, janea_congest) Quando a transmissão inicia, o transmissor faz a janea de congestionamento igua ao MSS (max. segment size) em uso na conexão Controe de Congestionamento cresce até atingir a janea do receptor sow start Transmissor usa: Internet usa: Janea do receptor Threshod (imiar) Janea de congestionamento 13

14 Portas TCP Reservadas 14