Implementações TCP para redes móveis

Transcrição

1 Implementações TCP para redes móveis Mário Meyer rio.br)

2 Introdução Protocolo TCP Agenda Características Problemas em redes móveis Soluções Propostas Protocolos de Enlace Protocolos Fim a Fim Conexões Separadas Conclusão

3 Introdução Utilizamos a internet contando na confiabilidade da entrega dos dados. Protocolo IP inter-conecta diferentes tipos de redes físicas IP fornece somente serviço de Datagramas TCP projetado para garantir entrega, ordenação e integridade sobre IP TCP foi projetado para redes cabeadas Para o TCP a perda de pacotes é devida a congestionamento da rede

4 Protocolo TCP Transmission Control Protocol Descrito pela RFC 793 [Postel[ 1981] Última atualização na RFC 3390 [Allman, Floyd e Partridge 2002] Projetado para fornecer transferência confiável fim a fim Implementa Circuito Virtual sobre o serviço de Datagrama do IP

5 Características Avisos de recebimento (ACK) Timeout de pacotes Slow Start Repetição Seletiva Checagem de erros Ordenação dos pacotes Janelas de congestionamento

6 Problemas em redes móveis Altas Taxas de Erros Desconexões Escassez de Energia Mudanças de Topologia

7 Altas Taxas de Erro Interferências no sinal Distância da Estação Radio Base (ERB) Alta densidade de usuários Ativam os mecanismos de controle de congestionamentos do TCP

8 Desconexões Passar por área de sombra Deslocar-se se para longe da ERB Modo de economia de bateria Perda de pacotes e ACKs Rotinas de controle de congestionamento A transmissão pode demorar para recomeçar devido a atrasos de back-off

9 Escassez de Energia Muitas unidades móveis (UM) usam baterias como fonte de energia Estoque limitado de energia TCP retransmite em qualquer erro Minimizar o número de (re)transmissões para otimizar o uso de baterias

10 Mudanças de Topologia UMs podem migrar rapidamente Desconexões durante migração Problema de hand-off Tentar realizar hand-offs suaves, sem que haja desconexão temporária

11 Soluções Propostas Protocolos de Enlace Radio Link Protocol (RLP) [Nanda[ 1994] AIRMAIL [Ayanogly[ 1995] Protocolo Snoop [Balakrishnan 1995] Protocolos Fim a Fim Reno [Jacobson 1990, Stevens 1997] New-Reno [Hoe 1996] FR (Retransmissão Rápida) [Caceres[ e Iftode 1995] ESBN [Bakishi[ 1997] Conexões Separadas MTCP [Yvatkar[ e Bhagawat 1995] I-TCP [Bakre[ e Badrinath 1997] M-TCP [Brown e Singh 1997] WAP [Wireless[ Aplication Protocol Forum

12 Protocolos de Enlace Procuram resolver os problemas de qualidade do enlace sem fio Atuam somente no enlace sem fio entre a ERB e as UMs

13 Radio Link Protocol (RLP) Dados só serão retransmitidos se a origem tiver certeza de que estes dados não chegaram ao destino Receptor envia feedback constante do recebimento de pacotes

14 AIRMAIL AIRMAIL - Asymetric Reliable Mobile Access In Link-Layer Layer Protocolo assimétrico Processamento referente à confiabilidade dos dados é todo realizado na ERB Utilização de mecanismos ARQ (automated( repeat request) ) e FEC (foward( error correction) Dispositivos podem combinar vários ACKs em um único Economia de bateria e processamento na UM

15 Protocolo Snoop Módulo Snoop reside nas ERBs Cache de pacotes enviados da rede cabeada para UMs ERB reenvia para a UM os pacotes perdidos no enlace sem fio Estação cabeada não fica sabendo destas perdas de pacote Medidas de controle de congestionamento não são ativadas

16 Protocolo Snoop Também lida com erros de transmissão da UM para a rede cabeada Ao perceber pacotes perdidos, a ERB envia NACKs (negative acknowledgements) ) para a UM Reenvio imediato, não há necessidade de esperar timeout dos pacotes

17 Protocolo Snoop Protocolo de roteamento Na percepção de um hand-off eminente, ERBs formam um grupo Multicast Todas as ERBs recebem os pacotes destinados para a UM Nova ERB responsável pela UM entrega os pacotes

18 Protocolos Fim a Fim Procuram modificar os mecanismos de controle de congestionamento do protocolo TCP Na maioria, precisam que o TCP seja recompilado em todas as estações

19 Reno Muito parecido com TCP padrão Modo de recuperação rápida (fast( recovery) Diminui janela de congestionamento ao meio Não realiza slow start Termina ao receber o ACK de um dos pacotes perdidos

20 New-Reno Melhoria do protocolo Reno Objetivo de melhorar a performance quando vários pacotes de uma mesma janela são perdidos Somente sairá do fast recovery depois que receber os ACKs de todos os pacotes perdidos

21 FR (Retransmissão Rápida) Tenta utilizar o mecanismo de Fast Retransmission (FR) do TCP como tratamento para hand-offs UMs sinalizam o termino de um hand-off off, ativando o FR na estação cabeada No Fast Retransmission a janela de congestionamento é diminuída mas não ocorre slow start nem atraso de back-off

22 ESBN Mesmo com protocolos de enlace, timeouts chegarão na rede cabeada retransmissões desnecessárias ERBs enviariam ESBNs (Explicit Bad State Notifications) ) à estação cabeada ESBN eliminaria todos os timeouts de pacotes já enviados Medidas de controle de congestionamento não seriam tomadas Aumento de performance de 100% em WANs e 50% em LANs

23 ESBN Bakshi estudou os efeitos do tamanho do pacote Para cada condição de erro no enlace sem fio existe um tamanho ideal ERBs deveriam ter tabelas relacionando erros aos tamanhos Aumento de performance em até 30% pelo uso de pacotes do tamanho adequado

24 Conexões Separadas Separar a conexão em duas Estação cabeada até ERB ERB até UM Não é preciso fazer nenhuma modificação na primeira conexão Somente na conexão sem fio

25 MTCP Protocolo de sessão MHP (Mobile( Host Protocol) Implementado nas ERBs e UMs Localizado acima do TCP e abaixo do Socket MHP deveria compensar a falta de confiabilidade do enlace sem fio Duas versões propostas: TCP Repetição Seletiva

26 I-TCP UM deve pedir à ERB que crie uma conexão com a estação cabeada Comunicação entre ERB e UM é realizada com uma variação do TCP especialmente projetada para redes sem fio

27 M-TCP Estrutura hierárquica de 3 níveis Nível 1 UMs Nível 2 ERBs Nível 3 Computador Supervisor Vários dispositivos de nível menor podem estar conectados a um único de nível maior. A conexão até a estação cabeada é realizada pelo supervisor

28 M-TCP Supervisor recebe pacotes e os envia para a UM UM envia ACK e o Supervisor os repassa para a estação cabeada Ao perceber desconexão, Supervisor faz com que TCP da estação cabeada entre em modo de persistência Evita timeouts e diminuição da janela de congestionamento

29 M-TCP A UM ao detectar desconexão congela todos os timers Ao reconectar os timers são descongelados Evita que medidas de controle de congestionamento sejam tomadas pelo TCP na UM Tratamento de hand-offs Ao termino de um hand-off é estabelecida uma nova conexão entre o supervisor e a UM

30 WAP Utiliza um gateway de aplicação entre a rede cabeada e a rede sem fio Gateway de aplicação funciona como um tipo de proxy Toda comunicação é feita através do gateway Dados retornados a UM pelo gateway podem ter sido modificados Compressão de imagens Adaptação para as necessidades da UM

31 Conclusão Existem variadas soluções para diferentes problemas do TCP A combinação de soluções pode trazer grandes benefícios Snoop + ESBN [ElAarag 2002] O padrão de IP Móvel já foi definido, é necessária uma definição de um padrão para TCP Móvel