Gestione della Connessione in TCP

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Marco Boni
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1 I semestre 03/04 Gestione della Connessione in TCP Prof. Vincenzo Auletta Riscontro e Ritrasmissione Per ogni segmento spedito la sorgente si aspetta di ricevere un ACK Deve arrivare entro un tempo fissato Al momento della trasmissione la sorgente fa partire un timer Se il timer arriva a 0 il segmento è ritrasmesso Gli ACK sono cumulativi Riscontra tutti gli ottetti con identificatore inferiore all acknowledgement number Se si perde un riscontro viene coperto dal successivo Università degli studi di Salerno Laurea in Informatica 2 3 Flussi di Dati Le applicazioni che utilizzano TCP si dividono in due categorie Interactive flow (rlogin, telnet) L applicazione produce i dati da spedire un po alla volta Bulk data (ftp, mail) L applicazione produce grossi volumi di dati Vengono utilizzati algoritmi differenti per ottimizzare l utilizzo della connessione 4 Applicazioni Interactive Flow Telnet Ogni carattere viene inviato dal client al server un byte per volta Ogni carattere viene rispedito dal server al client per la visualizzazione...(echo) Un byte genera 4 segmenti: byte di dati (client ---> server) ack del byte (server --> client) echo del byte per visualizzazione (server --> client) ack dell echo (client ---> server) La maggior parte di questi segmenti contiene un solo byte di dati (tinygrams) 40 byte di header

it/professori/auletta/ Riscontro e Ritrasmissione Per ogni segmento spedito la sorgente si aspetta di ricevere un ACK Deve arrivare entro un tempo fissato Al momento della trasmissione la sorgente fa

2 Riscontro Ritardato (Delayed Ack) In genere TCP non invia l ACK subito dopo aver ricevuto un segmento ritarda nella speranza che vi siano dei dati che viaggiano nella stessa direzione su cui si possa effettuare il piggybacking La maggioranza delle implementazioni utilizza un ritardo di 200 ms Algoritmo di Nagle I tinygrams creano grande congestione, soprattutto su WAN Algoritmo di Nagle se un endpoint ha grandi quantità di dati not ackwnoledged, allora non può trasmettere tinygram I dati vengono accumulati e spediti in un unico segmento quando arriva l ACK relativo ai dati in attesa È possibile disabilitare l algoritmo di Nagle Per dati che non possono essere ritardati Con socket si usa l opzione TCP_NODELAY 5 6 Calcolo del Timeout dell ACK Ambiguità dell ACK Il tempo di attesa di un ACK è variabile Il RTT dipende dal percorso seguito dal segmento e dal traffico presente sulla rete Il modulo software che implementa TCP calcola per ogni segmento il tempo che impiega l ACK ad arrivare Fa una media di questi tempi per ottenere una stima del RTT (round trip sample) RTT = (α * old_rtt) + (1-α)* new_sample timeout = β * RTT β >= 2 Quando si verifica una ritrasmissione non si può usare l ACK per stimare il RTT ACK non riferito ad un segmento Non sappiamo a quale trasmissione si riferisce Algoritmo di Kahn Ignora gli ACK relativi a dati ritrasmessi Utilizza una backoff strategy per calcolare in nuovo timeout Riutilizza la stima del RTT quando arriva un nuovo ACK relativo a dati non ritrasmessi 7 8 new_timeout = χ * timeout χ = 2

endpoint ha grandi quantità di dati not ackwnoledged, allora non può trasmettere tinygram I dati vengono accumulati e spediti in un unico segmento quando arriva l ACK relativo ai dati in attesa È

3 Stima accurata del RTT L algoritmo utilizzato da TCP per la stima del RTT non è efficace in presenza di notevoli variazioni dei ritardi effettivi Usa solo la media Bisogna calcolare sia la media che la varianza Le nuove specifiche utilizzano una stima della varianza per calcolare β S_RTT = old_rtt + δ * (SMPL old_rtt) DEV = old_dev + ρ( SMPL old_rtt) old_dev) Controllo del Flusso TCP implementa un meccanismo di controllo del flusso Un endpoint può segnalare all altro di rallentare o accellerrare il tasso di trasmissione Basato su tecnica della Sliding Window il trasmettitore può inviare più segmenti in sequenza senza dover attendere l ACK Il ricevitore può segnalare al trasmettitore quanti segmenti può inviare senza aspettare l ACK 9 timeout = S_RTT + µ * DEV Dimensione della Finestra La dimensione della finestra è in byte, non in segmenti Il campo window del pacchetto TCP indica lo spazio disponibile nel buffer del ricevente per accomodare dati La dimensione della finestra cambia ad ogni operazione sul flusso di dati aumenta in corrispondenza di operazioni di read da parte dell applicazione diminuisce in corrispondenza di ricezione di segmenti TCP 12 Congestione sulla Rete Il tempo di trasmissione di un segmento non dipende solo dal carico degli endpoint ma anche dallo stato della rete I datagram IP attraversano vari router Ogni router accoda tutti i datagram ricevuti e li smista uno alla volta (store and forward) All aumentare del numero di datagram i router rallentano e possono collassare Gli endpoint non hanno modo di conoscere la situazione dei router e l istradamento dei pacchetti Vedono solo aumentare i tempi di trasmissione

un meccanismo di controllo del flusso Un endpoint può segnalare all altro di rallentare o accellerrare il tasso di trasmissione Basato su tecnica della Sliding Window il trasmettitore può inviare più

4 Slow Start Per evitare di congestionare i router gli endpoint riducono il numero di segmenti spediti sulla connessione Algoritmo slow start i segmenti non possono essere inviati più velocemente di quanto vengono ricevuti gli ACK Implementazione di Slow Start Slow start utilizza la congestion window per calcolare il numero di segmenti da inviare window = min(rwin, cwin*seg_size) rwin è il controllo effettuato dal destinatario espresso in byte cwin è il controllo effettuato dalla sorgente espresso in segmenti cwin è inizializzata a 1 Per ogni ACK ricevuto cwin = cwin + 1 Per ogni segmento non riscontrato cwin = 1 15 Congestion Avoidance Lasciato senza vincoli, cwin cresce esponenzialmente fino a raggiungere la dimensione di rwin Può saturare la memoria di un router L endpoint interpreta la mancata ricezione di un ACK o la ricezione di un ACK duplicato come segnali di congestione La ricezione di pacchetti danneggiati è poco probabile La sorgente cerca di collaborare alla eliminazione della congestione entra in uno stato di congestion avoidance 16 Implementazione di Congestion Avoidance Congestion avoidance impedisce che la dimensione della window aumenti troppo velocemente Durante la fase di congestion avoidance cwin è incrementato di 1/cwin per ogni ACK ricevuto Invece di 1

controllo effettuato dal destinatario espresso in byte cwin è il controllo effettuato dalla sorgente 13 14 espresso in segmenti cwin è inizializzata a 1 Per ogni ACK ricevuto cwin = cwin + 1 Per ogni

5 17 Congestion Avoidance & Slow Start Per ogni connessione TCP mantiene due variabili: cwin e tresh Inizialmente cwin = 1 (segmento) e tresh = (byte) Quando si verifica congestione poniamo tresh = cwin/2 se è scaduto un timeout poniamo cwin = 1 se cwin < tresh implementa slow start altrimenti implementa congestion avoidance 18 Fast Retransmit and Fast Recovery TCP genera un ACK duplicato se i segmenti arrivano in ordine errato per ogni segmento fuori sequenza il ricevente invia immediatamente un ACK ACK duplicato può essere dovuto a segmento perso segmenti arrivati in ordine errato Algoritmo: 3 ACK duplicati sono forte indicazione che un segmento è stato perso fast retransmit: segmento perso ritrasmesso anche senza attendere time-out fast recovery: si attua congestion avoidance Sindrome da Finestra Sciocca In alcune situazioni i due endpoint possono trovarsi in situazioni in cui inviano piccoli segmenti anche se hanno dati a disposizione Entrambi pubblicizzano piccoli valori nel campo window dell header Come Evitare la Sindrome Ricevente non deve annunciare valori piccoli forzato ad aspettare valori decenti Trasmittente non invia dati a meno che un intero segmento può essere inviato possiamo inviare almeno metà della massima finestra annunciata possiamo inviare tutto ciò che abbiamo 19 20

i segmenti arrivano in ordine errato per ogni segmento fuori sequenza il ricevente invia immediatamente un ACK ACK duplicato può essere dovuto a segmento perso segmenti arrivati in ordine errato

6 21 Dati Urgenti TCP prevede la possibilità da parte di un endpoint di segnalare all altro endpoint che dei dati urgenti sono stati inseriti nel flusso Il flag URG segnala la presenza dei dati Il campo URGENT POINTER indica la posizione dei dati urgenti Offset dal sequence number Il destinatario può decidere come comportarsi Segnala all applicazione la situazione Utilizzato dal server per segnalare al client l invio di dati Anche se il client ha annunciato una window = 0

posizione dei dati urgenti Offset dal sequence number Il destinatario può decidere come comportarsi Segnala all

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