Internet Parte II Romeo Giuliano 1

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1 Internet Parte II Romeo Giuliano 1

2 Argomenti Introduzione a Internet ARPANET, NSFNET, Struttura di base di Internet Architettura protocollare di Internet Pila protocollare, Protocollo IP Datagramma del protocollo IP Indirizzamento IP Protocolli di controllo di Internet: ICMP, ARP, DHCP Instradamento in Internet e protocolli di instradamento UDP e RTP TCP Evoluzioni di Internet 2

3 Internet Protocolli di strato di trasporto in Internet: UDP, TCP Romeo Giuliano 3

4 Argomenti Protocolli di strato di trasporto in Internet Socket Berkeley Esempio di programmazione con socket UDP User Datagram Protocol Introduzione a UDP Chiamata a procedure remote Protocollo RTP (Real-Time Transport Protocol) e RTCP (Real-Time Transport Control Protocol) TCP Transport Control Protocol 4

5 Obiettivi Introduzione ai protocolli di strato di trasporto in Internet Socket Berkeley con un esempio di programmazione Descrizione User Datagram Protocol (UDP) Introduzione a UDP Modello della chiamata a procedure remote Descrizione dei protocolli RTP (Real-Time Transport Protocol) e RTCP (Real-Time Transport Control Protocol) Descrizione del Transport Control Protocol (TCP) 5

6 Protocolli di strato di trasporto in Internet IP trasferisce solo i datagrammi attraverso Internet ad un host (non ad un utente o ad una applicazione) Compito dello strato di trasporto è permettere l invio indipendente dei pacchetti tra diversi applicativi e utenti (distinguendoli l uno dall altro) Ogni sistema deve contenere dei punti di destinazione o porte Le porte sono identificate da un numero intero positivo e sono messe in corrispondenza con il processo dal sistema operativo porta = SAP di strato 4 (i.e. TSAP). Problema di assegnazione delle porte: processi creati, abbattuti, modificati. Due tecniche: Assegnazione universale: porte assegnate ad uno specifico processo dalla Internet Assigned Number Authority (IANA) Assegnazione dinamica: alcuni numeri di porta non sono assegnati e quando un processo deve inviare dati ad un altro processo negoziano tra loro un indirizzo di porta non assegnata Principali protocolli di strato 4 in Internet Esempio di programmazione con Socket Berkeley UDP User Datagram Protocol TCP Transmission Control Protocol 6

7 Socket Berkeley Primitive utilizzate per TCP in Berkeley UNIX frequentemente utilizzate in Internet 7

8 Esempio di programmazione con Socket: File Server Internet Codice server 8

9 Esempio di programmazione con Socket: File Server Internet (2) Codice client 9

10 UDP User Datagram Protocol Introduzione a UDP Chiamata a procedure remote Protocollo RTP (Real Time Transport Protocol) e RTCP (Real Time Transport Control Protocol) 10

11 Introduzione a UDP Descritto in RFC 768, estremamente semplice, senza connessione, non esegue recupero di errore, controllo di flusso, controllo della congestione, riordinamento delle unità informative Funzione principale: indirizzare i datagrammi ad una porta specifica (le porte sono l unica informazione aggiunta a quelle del datagramma IP) individuare un utente o applic. in un host UDP trasmette segmenti (o datagrammi utente) di intestazione di 8 byte e campo dati variabile: Source port e destination port: indirizzi delle porte di sorgente e destinazione UDP length: lunghezza del datagramma utente inclusa l intestazione UDP checksum: campo di controllo del datagramma. È funzione dell UDP header con l UDP checksum posto a 0, del payload UDP e dello pseudoheader contenente gli indirizzi IP. È opzionale UDP header Pseudoheader 11

12 Chiamata a procedure remote Non dovendo instaurare un connessione né rilasciala, si usa UDP per applicazioni semplici che prevedono una richiesta e risposta (es. DNS): modello come chiamate a procedure in un linguaggio di programmazione Applicazioni di rete viste come programmi che eseguono chiamate a procedure su host remoti: remote procedure call si inseriscono dei parametri e si riceve il risultato Stub del client e stub del server sono procedure che girano rispettivamente sul client (o chiamante) e sul server (o chiamato) per nascondere il fatto che la chiamata a procedura non sia in locale 1. Client che chiama lo stub client 2. Lo stub client inserisce i parametri della chiamata (marshaling) nei messaggi e effettua una chiamata al sistema 3. Sistema operativo kernel invia il messaggio al server 4. Sistema operativo server passa il messaggio in ingresso allo stub server 5. Lo stub server chiama la procedura del server con i parametri presi dal marshaling 12

13 Real Time Transport Protocol (RTP) RTP (RFC 1889) è un protocollo generico di trasporto per applicazioni real time che usa UDP Opera il multiplexing di flussi dati real time in un unico flusso UDP Inserisce una numerazione dei pacchetti, non attua un controllo di flusso né controllo di errori né l uso di acknowledgement o ritrasmissioni Inserisce un timestamping che permette l equalizzazione dei ritardi Ogni pacchetto è marcato con l istante di emissione In figura (a) posizione di RTP nella pila protocollare; (b) nidificazione dei pacchetti 13

14 RTP (2): intestazione del pacchetto Version (2 bit): attualmente si è nella versione 2 Bit P: pacchetto riempito fino a un multiplo di 4 byte; Bit X: si ha l header esteso CC (4 bit): numero di origini presenti Bit M: bit importante per l applicazione (inizio frame, sincr. audio, ) Payload type (7 bit): indica la codifica utilizzata Sequence number (16 bit): contatore dei pacchetti inviati (rivela i pacchetti persi) Timestamp (32 bit): indica quando è stato generato il primo bit del pacchetto Synchronization source identifier (32 bit): specifica a quale flusso appartiene il pacchetto Contributing source identifier (32 bit): facoltativo, usato in presenza di mixer in studio Real-time Transport Control Protocol È parte integrante di RTP Fornisce un feedback (congestione, ritardo, banda disponibile) Aiuta a sincronizzare i flussi Supporta l interfaccia utente Non invia traffico dati 14

15 Protocolli di trasporto in Internet: TCP Introduzione a TCP Indirizzamento TCP Intestazione del segmento TCP Instaurazione della connessione TCP Rilascio della connessione TCP Modello di gestione della connessione TCP Controllo e recupero di errore Gestione della finestra in TCP Gestione dei timer TCP Controllo di flusso in TCP Controllo della congestione TCP: Slow start, Congestion avoidance, Fast retransmit, Fast recovery Ottimizzazioni al TCP 15

16 Obiettivi Presentare il Transmission Control Protocol (TCP), protocollo di trasporto principale in Internet Descrizione delle sue caratteristiche principali (affidabile, con connessione, end-to-end) e delle sue funzionalità (controllo d errore, di flusso e della congestione) Descrizione della modalità di indirizzamento in TCP Presentazione del formato del segmento TCP (intestazione e opzioni) Modalità di instaurazione e rilascio della connessione TCP Modello di gestione della connessione TCP: stati e operazioni eseguite Descrizione del controllo e recupero di errore in TCP attraverso la gestione della finestra e dei timer Descrizione del controllo di flusso in TCP Presentazione della modalità per il controllo della congestione TCP: algoritmi di slow start e congestion avoidance 16

17 Introduzione a TCP Transmission Control Protocol (TCP), descritto in RFC 793 (vers. originale), in RFC 1122 (soluz. ad errori), in RFC 1323 (estensioni), fornisce un servizio affidabile end-to-end su una internetwork non affidabile Servizio con connessione (instaurazione, utilizzo e abbattimento) Trasferisce un flusso continuo e bidirezionale di byte Accetta dati dal servizio utente senza vincoli di dimensioni, li suddivide in unità informative e li invia in datagrammi IP distinti Funzionalità: Indirizzamento ad uno specifico utente in un host (socket) Riordino delle unità informative Controllo e recupero di errore Controllo di flusso Controllo della congestione Multiplazione di flussi 17

18 Indirizzamento TCP TCP fornisce un indirizzamento completo all utente non solo all host locale L utente TCP è chiamato porta (o TSAP) L indirizzo completo di TCP/IP è una socket: port@ip_address = Port@Net_id.Host_id (es.: giuliano@ing.uniroma2.it) La connessione è identificata da una coppia di socket full-duplex punto-punto Numero della porta è di 16 bit: numeri minori di 1024 identificano le well-known ports per i servizi standard: FTP 2025@ , 21@ SMTP 2025@ , 25@ Numero porta Protocollo Descrizione del processo 21 FTP File Transfer Protocol 23 Telnet Login remoto 25 SMTP Simple Mail Transfer Protocol ( ) 53 DNS Domain Name System 69 TFTP Trivial File Transfer Protocol 79 Finger Lookup info about a user 80 HTTP World Wide Web 18

19 Indirizzamento TCP (2) Dati TCP incapsulati nel payload IP Header TCP (contiene la port) Dati TCP Header IP (contiene l IP address ) Dati IP Connessione TCP è un flusso di byte non un flusso di messaggi (a) segmenti inviati come datagrammi separati (b) dati consegnati all applicazione 19

20 Intestazione del segmento TCP Ogni byte ha un proprio numero di sequenza a 32 bit Segmento TCP: 20 byte di header + byte dati Dimensione del segmento limitato da due fattori L intero segmento deve essere contenuto nell unità dati IP ( =65.495) Ogni segmento deve essere contenuto nella Maximum Transfer Unit, MTU, della rete 20

21 Intestazione del segmento TCP (2) Source Port (16 bit): definisce l indirizzo logico del processo sorgente Destination Port (16 bit): definisce l indirizzo logico del processo destinazione Sequence number (32 bit): contiene il numero di sequenza del primo byte dati contenuti nel segmento rispetto all inizio della sessione TCP (numerazione dei byte non dei segmenti) Acknowledgement number (32 bit): contiene il numero di sequenza del prossimo byte che il trasmittente si aspetta di ricevere dal ricevente tale pacchetto. Il campo ACK è posto pari a 1. Uso del piggybacking TCP header length (4 bit): indica quante parole di intestazione di 32 bit sono contenute nell intestazione, che è variabile (campo options) Reserved (6 bit): riservato per usi futuri. Contiene 6 zeri 21

22 Intestazione del segmento TCP (3) Bit di controllo (6 bit): sei flag di un bit URG: posto pari a 1 quando il campo Urgent Pointer ha valore significativo ACK: posto pari a 1 quando il campo Acknowledgement number ha valore significativo PSH: posto pari a 1 quando l applicazione vuole che i dati trasmessi siano subito consegnati all applicazione ricevente senza aspettare il riempimento dei buffer di memoria RST: posto pari a 1 quando la connessione deve essere reimpostata a causa di un malfunzionamento SYN: posto pari a 1 nel primo segmento inviato durante il three way handshaking nella fase di instaurazione della connessione con ACK=0 ( CONNECTION REQUEST); nel segmento di risposta si ha SYN=1 e ACK=1 ( CONNECTION ACCEPTED) FIN: posto pari a 1 quando il mittente non ha più dati da trasmettere 22

23 Intestazione del segmento TCP (4) Window size (16 bit): indica quanti byte possono essere inviati a partire da quello indicato nell ACK number senza avere riscontri Checksum (16 bit): contiene l informazione di controllo per la verifica della correttezza del segmento ricevuto (si calcola con lo pseudo-header) Urgent Pointer (16 bit): indica l offset in byte (a partire dal sequence number) in cui si trovano i dati urgenti da consegnare all applicazione del ricevente Options (lunghezza variabile): è un modo per aggiungere altre info non contenute nell header standard (esempi: massima dimensione supportabile del segmento, Window scale, ritrasmissione selettiva) Padding (lunghezza variabile): contiene zeri; serve per avere un intestazione multipla di 32 bit Data (opzionale): il segmento TCP supporta sia solo trasmissioni di controllo (campo dati vuoto) sia trasporto simultaneo di dati e di controllo (uso dei bit di controllo) Padding 23 Padding

24 Intestazione del segmento TCP (5) Il checksum TCP controlla sia l intero segmento TCP che gli indirizzi IP contenuti nel datagramma IP che ha trasportato il segmento uso del pseudo-header. Lo scopo è controllare che il segmento TCP abbia raggiunto la destinazione corretta Somma di controllo dell intestazione, dei dati e dello pseudoheader in figura Nel calcolo, checksum posto a zero, aggiunta di zeri nel campo dati non multipli di 32 bit somma i complementi a 1 di ogni 16 bit e calcola il complemento a 1 della somma (il risultato complessivo, checksum incluso, dovrebbe essere 0) Lo pseudo-header contiene gli indirzzi IP di sorgente e destinazione, il numero del protocollo corrispondete a TCP (=6) e la lunghezza dell intero segmento TCP 24

25 Instaurazione della connessione TCP In TCP le connessioni sono instaurate attraverso il metodo 3 way handshake La primitiva CONNECT (iniziata dal client, host1) specifica l indirizzo (IP e porta) a cui vuole connettersi. Invia un segmento TCP con SYN=1, ACK=0 con il sequence number iniziale (SEQ=x, pseudocasuale tra 1 e 2 32, 32 bit) Se un processo è in ascolto (server, host2) sulla porta indicata ovvero sono in esecuzione LISTEN o ACCEPT, invia un segmento TCP con SYN=1, ACK=x+1 e SEQ=y Infine l host1 invia il terzo segmento TCP con SEQ=x+1, ACK=y+1 Non è possibile una collisione come in (b) perché la connessione è bidirezionale ed è identificata dalla coppia di porte sorgente-destinazione 25

26 Rilascio della connessione TCP La connessione è di tipo full-duplex: ogni connessione simplex è rilasciata indipendentemente dall altra Serve un segmento TCP con FIN=1. Dopo l ack, la connessione in quella direzione è rilasciata In teoria rimane l altra direzione; serve anche lì un FIN=1 e il relativo ack Tuttavia è possibile inserire un ack nel secondo segmento di FIN (vedi figura) Per evitare il problema dei due eserciti si usano i timer: se non arriva un ack ad un FIN nei due segmenti successivi, il mittente del FIN rilascia la connessione; l altro host farà lo stesso visto che non sarà ascoltato per un tempo oltre il timer (timeout) Host 1 Host 2 Time 26

27 Modello di gestione della connessione TCP In tabella sono riportati gli stati per stabilire e rilasciare una connessione Lo stato iniziale è il CLOSED, lasciato se si esegue una richiesta attiva (CONNECT) o passiva (LISTEN) Se l altro host esegue l operazione opposta si stabilisce la connessione (ESTABLISHED) 27

28 Modello di gestione della connessione TCP (2) Macchina a stati per la gestione della connessione TCP Le linee continue spesse si riferiscono al percorso normale di un client Le linee tratteggiate spesse si riferiscono al percorso di un server Le linee continue sottili sono eventi insoliti Ogni transizione è etichettata con l evento che la provoca e l azione risultante separati da una barra 28

29 Controllo e recupero d errore in TCP TCP definisce due finestre temporali su base byte: In trasmissione indica quanti byte può emettere il mittente senza ricevere riscontro (vedi algo. Stop-and-Wait) In ricezione indica quanti byte può ricevere il destinatario fuori sequenza (vedi algo. ACK con ritrasmissione selettiva ) La dimensione della finestra in trasmissione non è constante ed è comunicata dall entità ricevente ( Advertised Window ) le due finestre hanno la stessa dimensione Il mittente può inviare dati pari alla dimensione della finestra Per ogni segmento inviato, parte un timer per quel segmento; quando scade quel timer, il segmento viene considerato perso e quindi riemesso (solo quel segmento non i successivi) I riscontri sono cumulativi: il ricevente comunica nel campo ack. number qual è il prossimo byte che si aspetta di ricevere (tutti i precedenti sono stati ricevuti correttamente) Quando il destinatario riceve byte fuori sequenza, invia un riscontro riferito sempre all ultimo byte in sequenza riscontri duplicati 29

30 Gestione della finestra in TCP Differenza con i protocolli sliding window è la dimensione della finestra non costante La finestra è suddivisa in due parti: Numeri (byte) spediti ma non confermati Numeri (byte) spedibili ma non ancora spediti Quando la finestra è 0, il mittente non può spedire segmenti tranne in due casi Invio dati urgenti (reset della macchina) Invio di 1 byte per avere un aggiornamento della advertised window B y t e s g i à i c o n r a r s t t i B y t e s e m e s s i m a o n i s c o n t r a i n r t B y t e s c h e i l t t e n e p u ò m i t e m e t t e r e B y t e s c h e i l e n t e O N p m i t t N u ò e m e t e e t r a ) D i m e n s i o n e d e l l a f i n e s t r a, ( = 9 ) b ) B y t e s c h e i l B y t e s c h e i l B y t e s g i à B y t e s e m e s s i m a m i t t e n t e p u ò m i t t e n t e N O N p u ò r i s c o n t r a t i n o n r i s c o n t r a t i e m e t t e r e e m e t t e r e 30 D i m e n s i o n e d e l l a f i n e s t r a, ( = 9 )

31 Gestione dei timer TCP Timer di ritrasmissione: a livello data link la stima del tempo di andata e ritorno (round-trip time, RTT) è prevedibile (a), a livello TCP l RTT varia in modo rilevante (b) il time out non è fisso ma varia a seconda delle caratteristiche della rete (misurazioni) RTT medio =α RTT medio +(1-α) RTT ist, TO=β RTT medio Algoritmo di Jacobson: D=α D+(1+α) RTT medio -RTT ist, TO=RTT medio +4 D Timer di persistenza: il destinatario invia un ack con finestra=0, il mittente aggiorna la finestra ma il pacchetto viene perso stallo (mittente e destinatario aspettano) Timer keepalive: se una connessione non è attiva per lungo tempo tale timer scade forzando una delle due parti a controllare la presenza dell altra 31

32 Controllo di flusso in TCP Scopo: limitare i dati trasmessi dal mittente perché il ricevente non è in grado di gestirli (buffer limitato); prescinde dal traffico presente in rete stessa finestra scorrevole del controllo d errore Il destinatario comunica nel campo window size quanti byte è disposta ancora a ricevere Variazione dinamica della dimensione della finestra Se window=0 il mittente deve smettere di trasmettere; il mittente può continuare a inviare ack ma non dati (no piggybacking) 32

33 Controllo d errore e time out in TCP In TCP il destinatario utilizza la advertised window per comunicare alla sorgente quanti byte può ancora ricevere (campo window_size) Finestra di trasmissione definita dinamicamente dal destinatario La finestra è suddivisa in due parti: byte spediti ma non confermati e byte spedibili ma non ancora spediti Il destinatario comunica nel campo ack. number qual è il prossimo byte che si aspetta di ricevere riscontri sono cumulativi (tutti i precedenti sono stati ricevuti correttamente) Alla ricezione di byte fuori sequenza, il destinatario invia un riscontro riferito sempre all ultimo byte in sequenza riscontri duplicati Impostazione dei Time Out in TCP Impostazione dinamica del TO sui pacchetti trasmessi in base al Round Trip Time (algoritmo di Jacobson) Timer di persistenza Timer keepalive 33

34 Controllo della congestione TCP Scopo: risolvere situazioni di sovraccarico nella rete (indipendente dalle capacità elaborative e di memorizzazione del destinatario) Alla instaurazione della connessione deve essere decisa la dimensione della finestra Dimensione fissata in base al buffer del destinatario controllo di flusso (no trabocco del ricevente, (a)) Dimensione fissata in base allo scadere dei timeout controllo di congestione (no trabocco del tubo, (b)) È possibile effettuare controllo della congestione attraverso la definizione opportuna di alcuni parametri: Larghezza della sliding window: meno riscontri per rete congestionata il mittente riduce la trasmissione Time out di ritrasmissione: la stima ottimale dell RTT permette di evitare inutili ritrasmissioni Stima del RTT come misura della congestione per la determinazione della dimensione della finestra Uso del protocollo ICMP (source quench) 34

35 Controllo della congestione TCP (2) Slow start: non conoscendo lo stato della rete, il mittente parte piano ed eventualmente accelera l invio di segmenti. Due finestre: Receiver window (rwnd), fissata dal destinatario per il controllo di flusso da estremo a estremo (evitare che il ricevitore perda pacchetti a causa della limitatezza del suo buffer) Congestion window (cwnd), determinata dal mittente per il controllo di congestione (evitare che la perdita di segmenti a causa di congestioni della rete) Per ogni riscontro ricevuto, il mittente aumenta il valore della cwnd di una MTU (Maximum Transfer Unit): Dopo aver ricevuto il primo riscontro (prima della scadenza del timer), potrà emettere due segmenti. Dopo aver ricevuto i due ack, potrà emettere quattro segmenti. Dopo ogni gruppo di ack, il mittente raddoppia la dimensione della cwnd crescita esponenziale L aumento di cwnd continua fino ad una soglia (slow start threshold, ssthresh) Il mittente può emettere un numero di segmenti pari al minimo tra cwnd e rwnd 35

36 Controllo della congestione TCP (3) Congestion avoidance: cerca di evitare la congestione La perdita di un pacchetto è interpretato come dovuto a congestione Scadere di un time out Arrivo di riscontri duplicati Quando cwnd>ssthresh, la crescita di cwnd è lineare: per ogni ack ricevuto, l aumento di cwnd è di una MTU Quando si verifica una congestione (rilevata con un time out), la soglia ssthresh è dimezzata e il mittente riparte con lo slow start Slow start e congestion avoidance cooperano (Versione TCP Tahoe) Congestion avoidance Slow start 36

37 Controllo della congestione TCP (4) Fast retransmit: TCP destinatario trasmette subito un riscontro se riceve un segmento fuori sequenza (modifica raccomandata ma non obbligatoria nelle varie versione TCP) riscontri duplicati al mittente Il mittente non sa se l ack duplicato è dovuto ad una perdita di segmento o ad altri motivi Se ne riceve solo uno o due, assume che il segmento sia stato ritardato dalla rete e debba solo essere riordinato Se ne riceve tre o più, ritrasmette subito il segmento perso senza attendere il time out (appunto fast retransmit) Fast recovery: se il mittente è in fast retransmit (ritrasmissione senza aver atteso lo scadere del time out), esegue il fast recovery ovvero entra in congestion avoidance e non in slow start (alcuni pacchetti comunque arrivano) aumento della portata (versione TCP new Reno) 37

38 Ottimizzazioni al TCP TCP Selective Acknowledgement Options Sindrome della silly window UDP e TCP wireless TCP transazionale TCP per reti con alto prodotto banda-ritardo Elaborazione rapida delle TPDU 38

39 TCP Selective Acknowledgement Options Nel TCP Selective Acknowledgement Options (SACK) descritto in RFC 2018, si usano riscontri selettivi invece che cumulativi come in Tahoe e Reno vantaggi prestazionali Durante la fase di instaurazione le due entità TCP concordano su quale versione usare di TCP (ovvero sulle opzioni da implementare). L algoritmo SACK ha due opzioni come estensione nell intestazione dei segmenti: SACK-permitted. Si abilita l uso di questa tecnica SACK option. Usata dal destinatario per informare il mittente dei dati non contigui ricevuti Nella SACK option, sono descritti i blocchi di dati mancanti attraverso due interi di 32 bit: Left Edge of Block (primo byte non ancora ricevuto); Right Edge of Block (ultimo byte non ancora ricevuto del blocco); Alla ricezione di una SACK option, il mittente marcherà i byte non ricevuti e quindi li riemetterà in ordine. I dati non saranno cancellati dalla coda mittente finché non riscontrati normalmente dall ack number (cioè come per i dati ricevuti in sequenza) 39

40 Sindrome della silly window Quando il mittente invia grandi dimensioni di dati ma l applicazione ricevente li legge 1 byte alla volta silly window (finestra stupida) L invio di un intero segmento per un solo byte è inefficiente (spreco di risorse) Rispetto alla versione di base TCP due regole per evitare inefficienze: I destinatari non hanno l obbligo di trasmettere gli ack il prima possibile il destinatario non può comunicare finestre troppo piccole Il destinatario non invia nuovi aggiornamenti di finestra se non maggiore del 50% della sua dimensione (soluzione di Clark) I mittenti non sono obbligati a trasmettere i dati appena arrivano dall applicazione il mittente non può emettere segmenti troppo piccoli Accumulare dati per alcune applicazioni non è possibile (es. telnet) Algoritmo di Nagle: se non riceve ack, il mittente invia i dati solo quando ha costituito un segmento di dimensione massima; se riceve un ack, invia i dati ricevuti. 40

41 UDP e TCP wireless TCP è indipendente dalla mezzo di trasporto ma è stato ottimizzato per trasmissioni in fibra ottica: i time out sono provocati dalla congestione non dal rumore sul mezzo di trasporto Nella rete cablata (affidabile), allo scadere dei time out il mittente dovrebbe rallentare la trasmissione (ridurre la congestione) Nel wireless (non affidabile), allo scadere dei time out il mittente dovrebbe incrementare le ritrasmissione per far fronte alle perdite sul mezzo Nel percorso eterogeneo si usa TCP indiretto. La connessione è divisa in due: dal mittente alla stazione radiobase (SRB) e dalla SRB all host mobile connessioni omogenee Un altra soluzione (Balakrishnan) prevede che la SRB archivi in cache tutti i segmenti TCP. All arrivo di ack duplicati li ritrasmette verso l host mobile senza rendere partecipe il mittente 41

42 TCP transazionale La chiamata a remote call procedure prevede l utilizzo di UDP se la richiesta e la risposta sono contenute in due messaggi Se ciò non è possibile si deve usare TCP: impiego di 9 messaggi (a). Modifica a TCP (fig. (b)) per combinare l efficienza di UDP con l affidabilità TCP Transactional TCP (RFC 1379, RFC 1644) Messaggio client: voglio stabilire una connessione, questi sono i dati, poi ho terminato. Il server elabora la richiesta e se può (risposta contenuta in un unico messaggio) risponde: riscontro il FIN, ecco la risposta, poi ho terminato. Ack finale del client 42

43 TCP per reti con alto prodotto banda-ritardo Per reti con alto prodotto banda-ritardo le prestazioni TCP degradano Problemi e modifiche TCP in queste reti (Long, Fat pipe Network, LFN): Dimensione della window troppo piccola: 2 16 B(= 65 kb) dati possono viaggiare senza riscontro. Soluzione: Window scale option permette alle due entità TCP di accordarsi di un fattore di scala per cui moltiplicare il valore della dimensione della finestra ricevuto, costante per tutta la connessione. Recupero d errore troppo lento: perdita di un pacchetto imponeva TCP allo slow start. Soluzione: 1. impiego di fast retransmit e fast recovery; 2. ack selettivi. Difficoltà di calcolo del RTT: problemi di stima e lentezza ad adattarsi alle variazione del traffico. Soluzione: uso della timestamp option, che permette di calcolare con maggiore precisione l RTT Confusione tra due segmenti con lo stesso numero di sequenza: a causa dell invio veloce di bit in reti LFN, il numero di un segmento in viaggio potrebbe essere usato per un nuovo segmento (wrapped) oppure dovuto a due connessioni differenti. Soluzione: timestamp option o fattore di scala di quel campo 43

44 Elaborazione rapida delle TPDU L idea di base è isolare il caso normale ed elaborarlo in modo speciale La fase di instaurazione della connessione prevede una serie di pacchetti normali. Una volta entrati nello stato ESTABLISHED, l header dei segmenti è simile tra loro Si crea un intestazione prototipo da cui copiare i dati non modificati (campi ombreggiati in figura) I campi che variano da TPDU a TPDU sono deducibili (es. numero di sequenza successivo); stessa cosa per lo strato IP: il pacchetto pronto per l invio 44

45 Elaborazione rapida delle TPDU (2) Lato trasmittente Controllare se la TPDU è normale : stato ESTABLISHED, no tentativo di chiusura connessione, no TPDU fuori banda o urgente, buffer ricevente non pieno Se le condizioni sono rispettate, si procede con l invio rapido, che è eseguito il 90% delle volte (copiatura dal prototipo) Lato ricevente Individuare (e verificare) il record della connessione (indirizzi corretti) Controllare se la TPDU è normale : stato ESTABLISHED, Se le condizioni sono rispettate, si chiama la procedura al percorso rapido (verifica del checksum, predizione dell header dal record della connessione) 45

46 Elaborazione rapida delle TPDU (3) Ulteriori guadagni nelle prestazioni sono possibili in: Gestione del buffer: evitare copie non necessarie Gestione dei timer che non scadono: la maggior parte delle TPDU arrivano correttamente, quindi i timer non scadono Lista di timer ordinata per scadenza Timing wheel (vedi figura): ogni slot corrisponde ad un battito di orologio; ad ogni battito il puntatore del tempo (current time, T) avanza circolarmente di uno slot 46

47 Internet Evoluzioni di Internet Romeo Giuliano 47

48 Argomenti Evoluzioni di Internet Funzionalità per aumentare la portata: Gigabit router e MPLS Funzionalità per aumenta la qualità: RSVP e DiffServ 48

49 Limitazioni del protocollo TCP-IP Vantaggi: Diffuso, capillare IP senza connessione Solo instradare senza fornire controllo di errore e di flusso Non deve mantenere lo stato delle connessioni: software semplice È facilmente scalabile e riconfigurabile Svantaggi: Prestazioni limitate in termini di quantità di informazioni trasferibile (portata) Impossibilità di garantire una certa QoS Indirizzi limitati Assenza di sicurezza e confidenzialità

50 Soluzioni per migliorare la portata Uno dei limiti di TCP/IP è la limitazione nella portata causata dai router (l inoltro è eseguito via software): Per poter instradare correttamente ogni pacchetto, il router deve esaminare l intestazione e aggiornarla (es. campo TTL, checksum, ) Il router deve consultare le tabelle di instradamento e confrontarle con un campo di dimensioni variabili (maschera, net_id, ) Tre approcci per migliorare le prestazioni dei router: Gigabit Router: sviluppi tecnologici o replica degli apparati Integrazione delle funzionalità dei router con matrici di commutazione veloci (commutatori multi-strato) Tecniche di interlavoro IP-ATM: trattare il traffico IP il più possibile attraverso ATM Compatibilità all indietro delle soluzioni proposte