RETI DI TELECOMUNICAZIONI LS

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1 RETI DI TELECOMUNICAZIONI LS Attività di Laboratorio - Esercitazione N N 2- Matteo Mortaro D.E.I.S. Università di Bologna mmortaro@deis.unibo.it IC3N 2000 N. 1 Esercitazione 2 in laboratorio Studio dei meccanismi TCP per il controllo della congestione Analisi del comportamento della finestra in presenza di: Algoritmo di Slow Start Algoritmo di Congestion Avoidance Algoritmi di Fast Retransmit e Fast Recovery Confronto delle prestazioni dei diversi algoritmi Grandezze da monitorare in funzione del tempo andamento della finestra di trasmissione valore della soglia di Slow Start andamento del numero di sequenza dei pacchetti N. 2 1

2 Meccanismi di incremento della finestra Slow start Si applica inizialmente, W cresce di 1 per ogni ACK ricevuto Consente un incremento rapido della finestra (esponenziale) e quindi del throughput L ampiezza della finestra raddoppia ad ogni RTT Congestion avoidance Dopo aver raggiunto la soglia, W si incrementa di 1/W ogni ACK (1 ogni RTT) Evita di saturare la banda disponibile N. 3 Evento di perdita Il TCP riconosce la perdita di pacchetto mediante Presenza di ACK duplicati Scadere del time out di ritrasmissione Il TCP reagisce diversamente nei due casi diverso meccanismo di recupero della perdita diverso aggiornamento del valore della finestra a valle della perdita diversa attività della sorgente in trasmissione N. 4 2

3 Scenari di rete per la simulazione Topologia 1: analisi SS e CA 10Mb; 100ms; DropTail Router 256Kb; 100ms; DropTail Nodo Sorgente Nodo Destinazione Topologia 2: analisi Fast Retr./Fast Rec. Nodo Sorgente 1Mb; 10ms; DropTail Router 50Kb; 10ms; DropTail Nodo Destinazione N. 5 Classe Agent/TCP/RFC793edu Variabili membro della classe e valori di default (SS+CA) (CA) (SS) N. 6 3

4 Script caso 1 Possibilità di lanciare la simulazione fornendo come parametri di ingresso: dimensione della coda del router tipo di algoritmo di gestione della congestione Algoritmi selezionabili: Solo Slow Start Assenza di Slow Start (valore fisso della finestra) Solo Congestion Avoidance Slow Start e Congestion Avoidance Valore massimo dell advertised window = 20 N. 7 Script caso 1: step 1 Controllo dei parametri di input: if {$argc == 2} { set dim_coda_router1 [lindex $argv 0] set sim [lindex $argv 1] } else { puts "" puts " Attenzione: inserimento parametri di input errato" puts "" puts "Lanciare lo script come: nome_sript.tcl dim_coda_router1 acronimo_algoritmo" puts " " puts " Acronimi selezionabili: ss noss ca ssca)" puts "" exit 1 } N. 8 4

5 Script caso 1: step 2 Istanza al simulatore Apertura in scrittura dei file per registrare i dati utili all analisi della simulazione set ns [new Simulator] set trace_nam [open $sim.nam w] set trace_all [open $sim.tr w] set trace_swnd [open window.$sim w] set numseq [open seqnnum.$sim w] set loss [open loss.$sim w] $ns namtrace-all $trace_nam $ns trace-all $trace_all N. 9 Script caso 1: step 3 Definizione della topologia # nodo di trasmissione set n0 [$ns node] # router centrale set n1 [$ns node] # nodo di ricezione set n2 [$ns node] # caratterizzazione dei link $ns duplex-link $n0 $n1 10Mb 100ms DropTail $ns duplex-link $n1 $n2 256Kb 100ms DropTail N. 10 5

6 Script caso 1: step 4 Impostazione della dimensione max della coda del router Monitor del riempimento della coda Definizione dell'agent Impostazione della dimensione della finestra Definizione del tipo di applicazione $ns queue-limit $n1 $n2 $dim_coda_router1 set qmon [$ns monitor-queue $n1 $n2 1 2] set tcp1 [$ns create-connection TCP/RFC793edu $n0 TCPSink $n2 1] $tcp1 set window_ 20 set ftp1 [new Application/FTP] $ftp1 attach-agent $tcp1 Valore massimo dell advertised window N. 11 Script caso 1: step 5 Procedura standard per il monitoraggio della finestra proc sampleswnd { interval } { global ns trace_swnd tcp1 set now [$ns now] set curr_cwnd [$tcp1 set cwnd_] set curr_wnd [$tcp1 set window_] if { $curr_wnd < $curr_cwnd } { swnd=min(cwnd,wnd) set swnd $curr_wnd } else { set swnd $curr_cwnd } puts $trace_swnd "$now $swnd" $ns at [expr $now + $interval] "sampleswnd $interval" } N. 12 6

7 Script caso 1: step 6 Procedura per il monitoraggio della perdita proc LossMon { interval } { global ns qmon loss set now [$ns now] set curr_loss [$qmon set pdrops_] puts $loss "$now $curr_loss" $ns at [expr $now + $interval] "LossMon $interval" } N. 13 Script caso 1: step 7 Procedura per il monitoraggio dei numeri di sequenza e del valore di ssthresh proc altri_tcp_var { step } { global ns tcp1 numseq set now [$ns now] set seqno [$tcp1 set t_seqno_ ] set sst [$tcp1 set ssthresh_ ] puts $numseq "$now $seqno $sst" $ns at [expr $now+$step] "altri_tcp_var $step" } N. 14 7

8 Script caso 1: step 8 Procedura di fine simulazione proc finish {} { global ns loss trace_nam trace_all trace_swnd numseq $ns flush-trace close $trace_nam close $trace_all close $trace_swnd close $numseq close $loss exit 0 } N. 15 Script caso 1: step 9 Scheduling della simulazione $ns at 0.0 "sampleswnd 0.05" $ns at 0.0 "altri_tcp_var 0.05" $ns at 0.0 "LossMon 0.05" $ns at 0.1 "$ftp1 start" $ns at 12.0 "finish" $ns run N. 16 8

9 Esecuzione dello script Sink Comando per eseguire lo script: ns s1_es2.tcl dim_buffer acronimo_alg acronimo_alg dim_buffer ss, noss, ca 18 ssca 8 N. 17 Analisi dei risultati (1/2) Comandi per analizzare i risultati delle simulazioni: Animazione con NAM nam acronimo_alg.nam Grafici con Gnuplot with lines gnuplot <invio> plot wnd.acronimo_alg w l <invio> plot sn.acronimo_alg w l <invio> exit <invio> uscire da gnuplot N. 18 9

10 Analisi dei risultati (2/2) Comandi per salvare il grafico in formato eps: gnuplot <invio> set terminal eps set output wnd.acronimo_alg.eps plot wnd.acronimo_alg w l <invio> exit <invio> Per visualizzare il grafico: gv file.eps Nb: per visualizzare i file.eps in windows occorrono ghostview e ghostscript N. 19 Risultati: andamento della finestra L apertura graduale della finestra con lo SS evita la trasmissione contemporanea di un numero di segmenti maggiori di quelli memorizzabili dal buffer Finestra di trasmissione (segmenti) RTO: chiusura della finestra ad tempo (sec) SS: presente SS: assente N

11 Risultati: evoluzione del numero di sequenza Maggior numero di segmenti nuovi trasmessi in presenza di SS (>90 in 4 sec) Senza SS presenza di ritrasmissioni (fasi decrescenti per il sequence number) SS: presente SS: assente Numero di sequenza tempo (sec) N. 21 Risultati: crescita exp. (SS) e lineare (CA) Apertura lenta della finestra nel caso di crescita lineare (utile in prossimità di situazioni di possibile congestione) Assenza di perdita in entrambi i casi Finestra di trasmissione (segmenti) tempo (sec) SS CA N

12 Risultati: evoluzione del numero di sequenza Una crescita lenta della finestra comporta una minore efficienza nell utilizzo della risorse di rete minor quantità di informazione trasmessa a parità di tempo di riferimento Seqeunce Number (segmenti) SS CA tempo (sec) N. 23 Risultati: SS e CA Durante lo SS la finestra raddoppia circa ogni RTT Finestra di trasmissione (segmenti) time out Slow Start ssthresh Congestion Avoidance Slow Start tempo (sec) N

13 Script caso 2 Studio del algoritmo di Fast Retransmit Parametro d ingresso: algoritmo Casi possibili: Presenza di Fast Retransmit (fret) Assenza di Fast Retransmit (nofret) Parametri TCP di set-up: Valore della finestra di trasmissione: 20 segmenti Dimensione del buffer del router: 19 segmenti N. 25 Script caso 2: Step 1 Controllo dei parametri di ingresso if {$argc == 1} { set sim [lindex $argv 0] } else { puts "" puts " Attenzione: inserimento parametri di input errato" puts "" puts "Lanciare lo script come: nome_sript.tcl acronimo_algoritmo" puts " " puts " Acronimi selezionabili: fret nofret)" puts "" exit 1 } N

14 Script caso 2: Step 2 Istanza al simulatore Apertura in scrittura dei file per registrare i dati utili all analisi della simulazione # Creazione dell oggetto simulator set ns [new Simulator] # Apertura dei file dei risultati in w set trace_nam [open $sim.nam w] set trace_wnd [open wnd.$sim w] set trace_seq [open sn.$sim w] $ns namtrace-all $trace_nam N. 27 Esecuzione dello script 2 Sink Comando per eseguire lo script: ns s2_es2.tcl acronimo_alg acronimo_alg: fret, nofret Per l analisi dei risultati vedere la slide relativa dello script 1 N

15 Risultati: finestra di trasmissione (no-fret) Finestra di trasmissione (segmenti) Perdita Fast Retr.: Assente Tempo (sec) t=3.11 sec: perdita di un pacchetto per congestione Wmax=20; Buffer_size=19... N. 29 Risultati: finestra di trasmissione (no-fret) 3.11 sec < t 6.28 sec: trasmissione di un nuovo pacchetto per ogni riscontro ricevuto per i pacchetti trasmessi prima di quello perso t=6.28 sec: ricezione di un DACK; non si trasmettono nuovi pacchetti Si deve attendere lo scadere del RTO t=10.31 sec: scade il RTO Chiusura della finestra ad 1 ed inizio della fase di Slow Start N

16 Risultati: finestra di trasmissione (FRet) Perdita t=6.61 sec: ricezione del terzo DACK Ritrasmissione del pacchetto perso: t=9.1 sec: ricezione del primo ACK non duplicato relativo al segmento ritrasmesso Anticipo la reazione del TCP ad un evento di perdita N. 31 Risultati: evoluzione del numero di sequenza Fast Retr. No Fast Retr. 200 Numero di sequenza Tempo (sec) L algoritmo di FRet consente di trasmettere un maggior numero di nuovi pacchetti nello stesso intervallo di tempo N

17 Script caso 3 Studio dell algoritmo di Fast Recovery (C è ovviamente anche il Fast Retransmit) Si attiva alla ricezione del 3 DACK ssthresh=cwnd/2 chiusura della finestra al valore di ssthresh ritrasmetto il segmento mancante (fast retransmit) cwnd=ssthresh+3 Per ogni DACK ricevuto incremento la finestra di 1 e se ammesso trasmetto un nuovo segmento Alla ricezione dell ACK per il segmento ritrasmesso: cwnd=ssthresh la sorgente riparte a trasmettere in fase di CA N. 33 Esecuzione dello script 3 Sink Comando per eseguire lo script: ns s3_es2.tcl Per l analisi dei risultati vedere la slide relativa dello script 1 N

18 Risultati: finestra di trasmissione (Frec) 20 Finestra di Trasmissione (segmenti) Tempo (sec) t=1.88 sec: evento di perdita di un pacchetto 1.88 sec < t < 3.89 sec buffer non vuoto (19 pacchetti da smaltire) ad ogni nuovo ACK si ha la trasmissione di un nuovo pacchetto il 20 riscontro è il primo DACK t=3.89 sec: ricezione di 3 DACK; ritrasmissione fast, aggiornamento finestra... N. 35 Risultati: finestra di trasmissione (Frec) 3.89 sec < t < 5.46 sec: per ogni DACK incremento di 1 il valore della finestra in tal caso però la sorgente non trasmette, avendo già trasmesso tutti i pacchetti permessi dal valore della finestra t=5.46 sec: ricezione del riscontro del pacchetto ritrasmesso fast si tratta di un riscontro cumulativo che riscontra anche tutti i pacchetti ricevuti Sorgente TCP abilitata a trasmettere con finestra pari al valore di ssthresh (cwnd/2= 10) N